автореферат диссертации по строительству, 05.23.18, диссертация на тему:Обоснование геомеханических параметров и способов перекрепления горных выработок

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ДОНЕЦКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

На правах рукописи:

ВОСТРЕЦОВ Николай Александрович;

ОБОСНОВАНИЕ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И СПОСОБОВ ПЕРЕКРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК.

Специальность 05. 23. 18 —.Подземное строительство."

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МАКЕЕВКА-1995 год

Работа выполнена в Донбасской государственной академии строительства и архитектуры.

Научные руководители; Заслуженный деятель науки и техники

Украины, доктор технических наук, профессор Ю. 3 ЗАСЛАВСКИЙ, кандидат технических наук, старши научный сотрудник В. В. КОВШОВ.

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

К. В. КОШЕЛЕВ. кандидат технических наук В. И. СОЛДАТОВ.

Ведущая организация: трест „Макеевшахтострой*.

Защита состоится " ШбШЬ г. в /3

час СЮ мин, на заседании специализированного совета К 27. 01. 02 в Донбасской государственной академии строительства и архитектуры.

Адрес: 339023, Макеевка, ул. Д ержа&ина, 2 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГАСА

Автореферат разослан .81 ' 1995 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук С. Н. Шаповалов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы.Необходимость воспроизводства шахтного фонда за счет реконструкции действующих горных предприятий и строкгельстна новых горизонтор требует выполнения большого объема работ по расширен:« и перекрэпяенив горных выработок. На эксплуатирующихся, и на вновь строявшхся шахтах весьма велкк объем выработок, находящихся з неудовлетворительном состоянии и требуЕют ремонта. Во многих случаях перекрепление горной выработки не обеспечивает ее эксплуатационного состояния н з результате продслхагщегося деформирования массива пород вьфаботку приходится перекреплять повторно. С увеличением глубины разработки и ухудшением горно-геологических условий такие случаи встречается все чаще и поэтому возникает необходимость в прогнозировании поведения породного массива после перекрепления выработок и разработке таких способов их ремонта, которые обеспечили бы устойчивый породный контур как при ведении ремонтго-аосстановителькых работ, так и при последующей эксплуатации выработки.

Определение рациональных геб:«еханических и технологических параметров перекрепления горных выработок, обеспечивавших выбор наиболее оптимально?, технологической схеш выполнения реионтккх работ и рациональных параметров креш., устанавливаемой в перекрепляемой выработке, является актуальной научной е практической задачей для угольной и горнорудной проиышленностей.

Цель работы состоит з установлении закономерностей дефорыироЕаняя пород з процессе н после перекрепленяя горных выработок в разработке на их основе инженерного метода расчета параметров вновь устанавливаемой крепи, обеспечивавшей их последующую устойчивость, а такие способов безопасного ведения

ргконтно-восстаноыхтельнкл рабл з порогах, склоннкх к вывалообраз овгкдп.

Идея работы заключается в активном управлении состоят!©« система "крепь-массив" до к после серекрэпленгя шраооткк

Научные положения, выносимые на зжктукх новизна-

установлены закономерности геформррованиз породного иассива, вмещазжэго горнуа выработку, до и после ее перекреплеяия, новизна которых закличается в учет-? ьгмлн:'л деформаций пород, реализовавшихся к моменту поре.чрзялеик::. коночные сггецзаия контура выработки;

обоснована и экспериментально доказана возможность использования оболочки упрочненных -юрод в качеств-з загиткэь конструкции, предотвраьаъг.ей вывалсобразо-^кие при кзвгечтанг крепа и породы в пределах проектного контура с обс->спечиг,.аЕ,д-..-е общее повышение устойчивости вмещавшего выработку массива:

- установлены геокеханические параметры крепи, возводимой в выработке после перокреплешш.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов я рекомендаций подтверждается:

- анализом представительного объема шахтных инструментальных наблюдений за смешениями пород до и после перекрепленкя горны.', выработок;

-удовлетворительной сходимостью результатов аналитико-зкспе-риментальных исследований с данными натурных наблюдений,

-полонителькыыи результата«;' внедрения методики расчета параметров перекрепления и практических рекомендаций по выбору способов ремонта выработок и крепи, устанавливаемой после перекрепления. .

Научное значен:;» работы закяпчавтзд з установлении н»вк.х закономерностей процесса деформирования лсъ-одногэ массива пса

о

пэрекрепленки горной выработки, учитывающих влияние реализовавшихся до перекрепления деформаций на смещения парод после перекрепления и изменение характера скецення пород по периметру выработки после выполнения ремонтно-восстановительных работ.

практическое значение работы состоит:

- в разработке принципиально новых способоз ведения работ по перекреплении , позволякетх повысить их безопасность в породах, склонных к вывалооОразованко, и обеспечить устойчивость выработки при последующей эксплуатации;

- в разработке методики расчета параметров перекрепления горных выработок и выбора способов ведения речонтно-во'.-.стзнояительных работ.

Реализация работы. Результаты исследований отражены в "Руководстве по применению крепей и способов обеспечения устойчивости выработок, основанных на инъекционном упрочнении пород" (Макеевка, 1990 г.) и "Руководстве по выбору способов я технологии перекрепления выработок, обеспечивахалх их устойчивость в условиях шахт ПО "Донэцкуголь" СДонецк, 19933. Рекомендации автора использованы при строительстве шахт"Красноарыейская-Западная Ш". и«.А.Г.Стаханова

производственного объединения "Красноармейскутоль", при реконструкции шахта р.ы.Е.Т.Абакумова производственного объединения "Лонецкуголь".

Апробация работы. Основные полоях-кия работы докладывались на республиканской школе "Опыт проведения и поддержания выработок з сложных горно-геологических условиях пахтк-новострсйктг "Красноарнейская-Западная л!" СКрасноарыейск, Í983 г.), на заседаниях научно-технических советов производственного

объединения "Красноартейскугаль" СДимитрово.1990-1993 г.г.),

.шахты юг. Абакумове', производственного .обьояйЕгная "Докзцкугояъ", научко-'техннчоских конференциях. •. . ' • пррфзссорского • I

преподавательского состава Донбасской' государственной Гакадецкх строительства ' и архитектура. С1991, 1693 г: г.Оид -. расширенно! заседании кафэяры "Основания, фундацентьС я- 'аавзйаные" сбЬрувеип* ДГАСА СНакеевка, 1994 г,). ■' . ." ' .

Публикации: По, результатам выполнейкнх/•-исследование опубликовано 8 работ, в то« числе' 5 статей' и- '3 авторски:;' свидетельства к а изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит . из введения, пяти глав, заключения, изложена на /З1-' страницах «ааикопкскогс текста, содержит 29 рисунков, {Ь таблиц, список литературы из 116 наяиековазшй к 3 првлояения. ' ■ ,

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

• "Аналкз. опыта- ,р$кскта горных выработок угольных вахт показал, -¡то :о: пер<?хрёп ленке, как способ поддергания, в блнгайтше годы зстанетел ." опжи' из основных ' участков производственной деятельности на строязшхся и эксплуатмруснялся шахтах. Супеству-эаие способы ремонта и 'перекрепленйя' вбсьыа трудоемки,' не гехнологичкы и кэ отвечают требованиям обеспечения безопасности

. • Перспектааяыи'- направлением '-в решении-проблемы обеспечения устойчивости : породного . 'массива з процессе перекрепленйя • и при последующей .'эксплуатации выработок является использование инъекционного, .упрочнения разрушенных пород Однако использование традиционной '■ технологии таипона'га'- и .-упрочнения' пород в п-эрекрэяляегш* выработках, приводит к . значительноиу увеличении трудовых а ; {Материальных .-затрат. Известные решения, позволяйте отказаться."" от' наиболее' трудоемких работ, входящие в технологический" процесс инъектарования,.практического применения но ииеят, ;но могут быть использовала • з. качестве основы для создания способоз перекрепленйя выработок на базе инькцнонного упрочнения; '-■'

Проблеем под'дер.гаш!.-? горных выработок а повышения нх устойчивости упрочнением вкевагоих пород посвяаено бользое количество теоретических а . экспериментальных исследований. Большой-'вклад- з изучение о тих' вопросов.был сделан такики учеными стран-.СНГ,, как К. А. Ардашев; А: Д.Барах, И З.Бакланов, Н.С.Булычев, Ю. 11 Бурчакоа, Э.В",Бурков, В.3.Виноградов, В.Т.Глушко, Е. й. Друзосо, Ё. ПДуда. В. В; Евтушенко,. Ю.3.Заславский, М..П. Зборвдк, А. А.Зорин, В. ГЛ^льпшёнко, Б.А. Картсзия, :И.:В,Качая;. В.В.Ковзов, Й.Т.Косков,

К. В. Кошелев, Г. И. Кравченко, Г. Г. Литвинский, А. П. Максимов, А. 0. Новиков, П. П. Пак, Е. Л. Переяславцев, Г. С. Пиньковоки?., А.-Н. Роенко, К. К. Фотиева, 3. А. Хякяляйкен, И."Л. Черняк, А. П. 12гчпа и другие.

В большинстве работ, посвященных проблей*" перчг.ро'п^кля выработок, рассматривается, как правило, отдельные с*" <»гп<?мы. Вопроса« геомеханического описаний влияния переь.р*.:*£ни4 кг поведение породного ьассива при последуп&еЯ эксплуатации выработки в рассмотренных работах внимание не уде пенс .-Об^ор н анализ работ по упрочнении породного массив?, «н ••>*•-> тирог акке« екзепяя&вдх растзооов показал, что Е«снея»нит»>яъил г. процн','.ад£ пер-2КГ'°гтен::я выработок целенаправленных исследования этого способа не проводилось.

Таким образом, выявлена наобходимость проведения дополнительных теоретических и экспериментальных исследований с целы установления закономерностей деформирования пород в процессе и после перекрепления выработок и разработки на их основе инженерного метода расчета параметров ремонта, обеспечивающих безопасность ведения работ к последу елее эксплуатационное состояние выработки

Для достижения поставленной ■ цели в диссертационной работе решались елегусана задачи:

1. Обобщался опыт поддержания выработок в споккьи горно-геологических условиях.

2. Теоретически и экспериментально исследовался процесс депортирования пород в окрестности выработок при их пэр«креплении.

3. С использованием аналитического решения, скорректированного по данным шахтных инструментальных наблюдения, разрабатывалась методика расчета параметров перекрепяекия горных

цтргботок.

4. Разрабатывались способы ведения ра:штко-восстано-штельнкх работ с использованием предварительного и псслодуетего .'прг.чнения у. та-шонага закрепного пространства.

5. Проводилась опытно-промышленная проверка результатов •сслрдования при строительстве а реконструкции шахт.

Для решения поставленных задач привлекалась комплексная гналитико-экспери;,ментальная- методика, вклпчапщая в себя обобщение 1 анализ известных работ,, аналитические исследования, шахтные шструментальные наблюдения и эксперименты.

Пер<?креплен::е - горной выработки вызывает изменение ?апр?г.енио-дефорг^рсванного состояния породного массива, что '1ри родит к интенсификации смещений как в месте перекрепления, так ; на _при!йлсатаих к перекрепляемому участках. Характер н !нт?нт.шнссть протекания этих процессов во ыногом определяются "лубинсй заложения, исходным и остаточным сечением выработки, гапом выеааслих пород, их йизико-механичесгака свойствами, гарушенностьв массива, величиной извлекаемого слоя пород, способом ведения ремонтно-вссстаксвителышх работ а парааетранз у.ювь устанавливаемой крепи. Очевидно, что при выборе способа 1ерекреплекпя. у. определении параметров вновь устанавливаемой шепи необходимо учитывать отличия, присущие перекрепляемый выработкам. Во-первых, до' выполнения реконтаык работ ::огпо детально изучить в«еаагщ»й выработку массив различными ыетодашз с хэльп определения его свойств и оценки геокеханаческо!! ситуация, зо-втсрых, выполнить те или :шыэ мероприятия, позволявшие ювыснть обяуа устойчивость массива.

Мероприятия • по повышение общей устойчивоста кассива прз терекреплокии обуславливает технологический процесс ремонта горной выработки :: преде пред эляхзт выбор способа перекрепления.

При '¿ток необходимость выполнения этих мероприятий определяете; соотношением размеров характерны.', зон дейор-'иро-^'ия массива, форжрупакхся вокруг перекрепляемой выработки, и и^вгекаечогс слоя породы, а такте степенью карушенкссти пород в казшЖ на зон.

При наличии ь окрестности ЕМрьбэтла трех - зон;

разрушенных пород, зоны затухавшей трехног и зс::ь

ненарушенного массива - поведение порол т лерво!-; из у/Лл предопределяет обцув устойчивости массива пг • гер^р^':-.1;;..:: ; возможность ьюаиоооргзо&акия.

Пои этом следует учитывать, что р. , -

выработок проводится традиционными метода-'и, ¿кг.в* устанавливаемая крепь воспринимает всю негру? ку от сч^з-мсило после г.ерекреплекия пород. При выполнении мероприятий т. повышенно устойчивости пород, крепь работает совместно с упрочнявшими массив элементами и, следовательно, находится I лучших, но сравнению с первой, условиях.

Таким образом, практика выполнения работ по пер^креплениг формирует две гескеханкческие ситуации, в которых работает корил крепь. Для рассмотрения этих ситуаций и установления илиднн.1 перекредления выработки на геомзхаяические процессы в е? окрестности сразниниьалось напряженно- деформированное состояние массива для трех случаев: эксплуатация выработки без перекрепления, с перекреплениеы по традиционной технологии г. перекреплениек с упрочнением породного массива.

Рассматривалась плоская осесимметричная задача с условием прочности, позволявшем учесть запредельна» д^фор^ированин пород и образованно приконтурной зоны разрушения.

В результате решения задачи для случая эксплуатации выработай без яерехрэплекия были получены зависимости, позволявшие прогнозировать изменение напряженно- деформированного

б

¡е.чонпю-восстаксвительних работ. Используя их цогно определить: |апряхения в области неупругих деформаций, размер зоны ■•азрушеяны/ пород, деформации на аиешньм- контуре зоны разрушенных

юрод дек>рчаи.ич внутри этой зоны и на контуре выработан 1 \уН+К R г 2 , „ . \ а., , гг м

- -г ЫК^К1^ 7 -1)] ш

•д» » - коэффициент Пуассона, s - модуль деформации пород пря стандартных испытаниях породных образцов, Ша; к- коэффициент, учитывающий различие модуля деформации пород в образце и з ласоике; х=»трЛ1~*/ар); р ■■ угол внутреннего трения пород, град, 1 - удельный вес пород; н- глубина аалохения выработки, м; и - предел прочности пород в образце, КГ.а, к ~ коэффициент структурного осг.абяокп-"? массива, учитывагаий его разнородность, г-лоиотоотв и естественную трещкчо^атость; ß - коэффициент поперечных деф^р^ациЛ в залрс-д&льпой облестя; г - относительный размер зоны затухаядеЯ трешшовагс.сти, к - коэффициент, учитывавший раскрытие трецик в зоне разрушения; г ^ радиус зоны разрушенных пород; г - текуанН радиус.

Лля случая с пергкреплением учитывалось, что пссле установления равновесного состояния массива часть зоны разрушенных пород извлекается и устанавливается новая крепь с отпором q. При зтсы использовано положение о том, что перекралленне выработки равносильно увеличения ее неходкого радиуса до величины г^. *определяемой из уравнения С1),

представленного в вид?:

. 11 * [и^гР^-'Л+./^к гг /гг -1)1 сг)

r £ г V+H [ г ) Ä з г» од >j

О Г.

где г - прсекткып радиус выработка. прат,-еденный

к исходному рчлиусу в проходке", г • проектной радиус

выработки пооле перекрвпяения; г - радкуа саИы разрушенных пород, образовавшейся к моменту перекреплекия выработки.

Р^зяв это уравнения относительно г , можно , определить смешения пород и выработки радиусом г . по контуру которой приложен отпор вновь установленной крепи я

Прогнозируемые смеаекия . контура аырлсклтси . после нерекрепленкя к, следовательно, необходима* «оеагливость -вновь устанавливаемой крепи а определяются разкостьи полных смещений контура выработал радиусом' г , равных иу, и смешений пород на границе г - г реализовавшихся до перекрепления у. ..ыределявхас; как разность г и г , то есть:

^ ¿л

. и - (.г - г :> с з з

кр * оп пр

Для' сохранения равновесия системы "крейо-.<<1ссив" ц продотзранекия деформаций пород после перекрепленил предяогено использовать принцип "эквивалентного подпора", то еогс чтобы радиальные напряжения на внешней границе "зоны разрушенных пород радиусом г образовавшейся к моменту перекрепления, оставались баз изменения. Выполнение этого условия возиохно двумя способам: в зависимости- от конкретной ситуации:

- когда выработка перекрепляется' традиционьим способов установкой крепи с отпоров, эквивалентным отпору деформированной крепи и извлекаемого слоя пород. 7гго ■ условие моает . быть обеспечено за счет выполнения тампонаха пустот 'закрепного пространства, осуиествляекого . после • выполнения работ по перекреплен:® выработок. Для этого случая получено выражение для определения требуемой несущей способности тампонакной оболочки в зависимости от напряженного ссостояиия пород, • слетавшегося к моменту перекрепления, также зарискыость дг.д иахоетения прочнеет.! танпонажного катая с использование« которой подбирается раствоо для последующего таеттаиаса;

когда при перехрэппегага суцаствуст опасность выЕалоббразоваккя, необходимо предварительное ссздатде за проектным контуром перелепляемой' выработки оболочки пз упрочненных пород с отпором:, величина которого должна буть не иэныза радиальных напрягший, действузиих на ее внешнем контуре. Для этого случая получено выражение _ для определения требуемой прочности яагнетаеного инъекционного раствора.

Таким образец, в результате решения задачи о равновесии системы "крепь - иаосиз" для случаев с лерекреплениен а без перекрепленая горкой выработки получены основные уравнения, позволяйте оценить влияние перекрапления, выполняемого как с усилением массива пород инъекционным упрочнениеч, так и без наго, на геемвхаинчеекие процессы протекайте вокруг горной выработки.

Эти зависимости получены из идеализированной расчетной схемы, отракаецэй . иеханкзм процесса, и содержат ряд корректирующих решение коэффициентов. Эта коэффициента определялись по данным вахтаых инструментальных наблюдений на глубинных и контурных рсперных станциях.

Из всех характеристик массива, необходимых для расчетов по полученным формулам, известна, как правило, одна - прочность пород на одноосноэ сжатие. Поэтому для подготовки полученных формул к практическому применению в них использовались среднестатистические значения всех прочих , необходимых характеристик пород. Для выяснения корректности такого подхода была проведена оценка степени влияния осреднений характеристик пород на основную расчетну» зависимость ( 1 ). Выполненный анализ показал, что степень этого влияния не превышал 10-21%, что не выхо;«п эл креяг-яй.» тспюста иятенериых расчетов.

!"ахтныг- кпотрууг.тгалыуле н^бл^дл""'? нговсд/-.т,-!сь на 1С

проходимых п пзрзкрепляекш; вир аботках. С аольз кошЕ&апг достовэркоста иссяздоваккС. в работе бши: таксе есткшлоезкк данные инструментальных каблэдэкий на замгрпшс станциях, проведенных другим:! оргаккзацкягш.

.Анализ данных наблюдений показал, что прп персхсроплопип ьыраоотки наблюдается качественное пз^онзнкз характера де Армирования породного массива. Есггл во вновь проходима выработках в деформациях породного ксктура превалирует смешения кровли, тс после перекреплешиг смещения перед по контуру выравниваются, а в определены^ сктуаниях сиеаегия бокоз окатитеиьно превышает деформации со сторояи кровли. Так скзаеиня боков во вновь проводимых выработках составляет, в зависимости от располокения относительно напластования, 23-53% ст сизаеки? кровли. В перекрепляемых выработках отношение сиецоний бокоз п кровли после выполнения ремонтных работ составило 74-120%. При наличии неконтролируемого выпуска пород в процессе перекреплекпя наблюдаются интенсивные смешения пород в бока?: выработки к, кгх: следствие, пучение пород почвы.

В перекрепленных выработках деформации протекают менее интенсивно, чем после повой проходки, и растянута во временя. В течение первого месяца после перекрепления реализуется порядка 15-30% от конечных смешений в боках и 25-40% в кровле. Во вновь проходимых выработках смешения в боках затухает раньше, чем в кровле, а в перекрепляемых - наоборот. При этом стабилизация смедений, наблюдаемых в выработке после ее перекреплекия, в кровле происходит чэрез 2-6 месяцев, а в боках - через 12-13 Ей-зяцеь.

Выполнение мероприятий по предотвращению вывалосбразовашя с ЕСПользовгЕигн нагнетания скреаяяЕвдх растворов ь приконтурнуи

соку разрувэаныг пород в иослеремонтный такпонаг закрвппого

Ц

ьрсэтр',£2стга зогзсгшт добиться стабняязащга сае^егшЯ породного сетязра в тэчэнтгз 1-3 кссяцсв и превотгратяя» деформации знозь гСтааозлвг-йюЗ крепп з процессе ее дгяънейзей эксплуатации.

На сслогазх! зязлаза ваттных ггаструкеетгльяш бия сделан ряд фзхтичос:««: зквсяоз:

- суиестзуззяе конструкции арочных подгтяивнх крепей, сшроко :рг.т.;гн.®э:гыз для крэпгзтшя выработок вахт, расчатаны на то, что 1р2сбладаюзи?а явяяэтся см&дення пород со стороны хровяз :уработки. Изг.еЕенае характера смеаежй перояиого контура после '.ерэкрэплезая, когда наблюдается выравнивание скенетгй но 1ер*.:хетру злу. тлг преоблзггнге со стороны боков привода г к :идаиливанзэ ногэх крепа з выработку. В связи с этим для гбзепечзная оксялуатацаозЕого состояния выработок посла :эрэ:ф€пяения необходима разработка конструкций крапп, хрпспссобяеяких г. работе в условиях более интансЕВяих боковых

- в качестве г.гр по уменьшения снесений переднего контура зосле перетсрепленая молгет быть Еспользовано упрочнение породного .сассява скрепляотдац растворами, выполняемое как до, так я после геракрепяения. Использование упрочнения до аерекрепяеная а юродах, склонных к вкгалосбразаванив, позволяет кроиэ того ■сбиться поз!с;эн'.'.я устойчивости массива в процессе порехрзплевиа : повысить безопасность реионтко-вссстакозителъиых работ;

вкаакообразоваяле в процессе ведения реиогтзо ассстановительаих работ приводит к бплес интенсивны» сиецеииян йков выработки и пучения почзч. Последуадая подрывка почву, фактически пз сказываясь на смешениях кровли, интенсифицирует гблигение боков, что вновь приводит к пученио почвы. Поэтому ■¡редотвраиение вывалообразования - необходимая уор?. по повышении хЗщей устойчивости выработки.

Таюш образом, проведенные шахтные Екструкзн'гальшгз наблюдения позволили получать количественные значения параметров деформаровгшгя массива до и после его перекреплення, установить особенности деформирования пород, связанные с перекреплен",п наметить пути повышения устойчивости системы "крепь-иассив" после перекрепления.

Результаты наблюдений использовались для корректировки аналитического решения. Скорректированные зависимости были положены в основу ыэтояики расчета параметров перекреплення горных выработок, которая предусматривает определение: для.случая выполнения работ по традиционной технологий - податливости е несущей способности вновь устанавливаемой, крепн, необходимой прочности скрепляющего раствора, нагнетаемого в закрепное пространства при- усилении крепи; для выработок, расположенных в р.еустойчу.вьЕ породах, - толщины создаваемой поросо-бетонной оболочки, требуемой прочности ташюнахного камня нагнетаемого в разрушенный массив скрепляшего раствора, несущей способности и податливости вновь устанавливаемой крепи.

Для первого случая податливость вновь устанавливаемой крепи определялась из условия восприятия еп смешений породного контура, рсализутатахся послу перекреплення ьнрзботки и опредеттоллс по фор:*уяе (3) с уч'Утом отпора, создаваемого -этой крепь*. При атом отпор вновь устанавливаемой крег.у. » ее подат^ижкггъ находятся как вэаиетзэЕИспмые величины. С цельп облегчения расчетов при нахождении приведенного радиуса перекрепляемой вурэботки г и

оп

полню: смещений ¿^ были построены номограммы, приведенные на рис. 1 и ркс. 2,

Ео втором случае то.таина породпбетонной оболочки определяется как рззнер зоны разрушенных пород, образовавшейся к кэкэнту прикрепления, за вычетом размера извлекаемого при

Й

о

Номограмма для определения полных смещений контура перекрепляемой выработки

пзро1фснл&!пп! породного споя, а. инъекционный раствор догл.--. обеспечтаать требуемуо прочность, определяемую г.о приведенный : работе формулам.

Сценка достоверности разработанной кэтодкки производила-^ путей сравнения расчетами фактических значений смешений породного контура. выработок. Максимальней отклонение Еячисленнчх значений от фактических но превысило 18,2%, что свидетельствует о приемлемости расчетных зависимостей, а следовательно а разработанной методики,для практических целей.

Приведенная методика расчета позволяет нкбирать способ перекреппеиил выработки для спэдувадх ситуаций:

- знозь устанавливаемая крепь з состоянии воспринять прогнозируегдга смешения породного контура н в процессе перекрапления овидаотся устойчивый породный контур. В зток случае необходимости з проведении каких-либо дополнительных мероприятий в подготовительный и заключительный периоды нет;

- согласно расчоту внсвь устанавливаемая крепь кэ в состоянии воспринять все прогнозируемые после перекреплениа смещения породного контура, но в процессе ремонта ожидается устс'АчивыА С баз вывалов") проектный контур. В этой случае необходимо выполнить тампона.; закрепного пространства по традиционней технологии сразу после установки новой крепи;

- зона разрушения выходит за проектный контур выработан, породы в ео пределах сильно нарушены к з процессе выполнения ремонтных раоот отдается образование внвалов. В атом случае до перекрепяекия целесообразно выполнить упрочнение пород с цельэ обеспечения устойчивого породного контура яри извлечении деформированной крепи я расширении выработки.

Для руализац:га последней, Hcai6or.ee распространенной ситуации, в работе разработаны ресурсосберегающие способа ренента

Я

к восстановления горних выработок, суть которых заключается г

следующем. До проведения ремонтно-восстановительных работ вокруг

выработки за ее проектным контуром создается породобетонная

оболочка, под зааитой которой производятся все работы, связанные

с извлечением деформированной и установкой новой крепи.

Отличительной особенностью этих способов является то, что породы

в пределах' проектного контура перекрепляемой выработки,

предназначенные к выпуску, остаются неупрочнетшми Сили лишь

частично упрочненными). Предложены две принципиальные схемы

выполнения работ по упрочнению и перекреплекна, применение

которых определяется степенью потери сечения выработки:

Проверка разработанных методики расчета и способов

¡■ерекрепления осуществлялась в виде целенаправленного

эксперимента по апробации в шахтных условиях расчетных параметров

перекрепления в различных горно-геологических условиях.

Шахтные эксперименты проводились в выработках четырех шахт

им. А.Г.Стаханова, "Красноармейская-Западная", и 1, "Шахтерская-

ин

Глубокая" и им. Е. Т.Абакумова. Параметр устойчивости ■ изменялся от 0,32 до 0,74, то есть экспериментом были охвачены достаточно представительные условия залогокия выработок.

Проведенные натурные исследования способоз перекрепления горных выработок показали, что при соблюдения параметров, расчитанных по разработанной методике, и при выполнении работ пс предложенный технологическим схемам обеспечивается устойчивость ■:?р?хропляемой выработки как в процессе ведения ремонтных работ, так и при ее дальнеГлх-й эксплуатации.

Ъ процессе ведения ркслерпкентальных работ и лкеярэкия «-.-¿.«''здыгс рекомендаций были разработаны растворы для герметизации

при организации таипсназа и упрочнения, прибор для ацп-:-нарушенности породного массива, новизна которых ззли:.-свидетельствами.

Результаты 'выполненных исследования асаэльзованы явух ведомственных инструкциях.

.Основные лологення работа апробированы з процессе внед::е на стролешхоя л реконструируемы;', шахтах Донбасса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано повое решение актуальной научной задачи по определение геоиеханичееккх и технологических параметров перекрепления горных выработок, обеспечивающих выбор наиболее оптимального способа выполнения ремонтно-восстановительнкх работ и конструкции крепи, устанавливаемой в выработке после перекрепления.

. Основные выводы, каучныэ и практические результата работы заключаются в следующем:

Î. Результаты обследования выработок в сложных горне -геологических условиях показал;»., что традиционные конструкции крепи и способы обеспечения устойчивости, иуея высокие материалоемкость и стоимость, ае обеспечивает к:: надогного поддержания. Отдельные выработки перекрепляются по 2-3 paya. Суаествуювде способы ремонта и перекрепления горных выработок весьма трудоемки, не технологичны,, не отвечают требования« безопасности ведения работ и ке всегда обеспе.чивапт устойчивое состояние выработок. Тампонах закрепного пространства и глубинная инъекция, являясь эффективный средство« .повышения устойчивости породного массива в процессе к после перекрепления, используется нерационально. При применении традиционных способов упрочнения пород в перекрепляемых выработках необходимо выполнять трудоемкие работы по изЕ-лечению деформированной крепи, оионоличенной с породой и отбойке упрочненных пород до проектного контура.

2. Проведенные исследования выявили закономерности деформирования породного массива, вмешаю-даго выработку, после се перекреплекия. Заключается они в то:.!, что при перекрепленнн пь;/-экяется характер деформаций по периметру выработки. Внразаетса

это з том, 'что более активно начинают смекаться породы в боках выработки, что приводит к пученио пород почвы. Для предотвращения смешений породного контура после перекрепления предложено использовать принцип "эквивалентного подпора".

3. Обеспечение "эквивалентного подпора" коэзт быть достигнуто: ро-первых, путем предварительного упрочнения пород за проектным контуром перекрепляемой выработки скрепляоЕКма растворами, прочность которых обеспечивала бы создание порода -бетсккай оболочки с отпором, эквивалентный напряжениям, леяствусегпм на внешней границе упрочненной, зоны на момент перекрепления. Б этом случае в процессе перекрепления равновесное состояние нарушаться не будет; во-вторых, за счет такиокагл закреднсгс пространства, выполняемого после перекрепления. При этой отпор вновь устанавливаемой крепи с тампонагом долген быть ¡ю меньше напряжений, действовавших до перекрепления на уровне проектного контура выработки.

4. Предварительное упрочнение пород за проектным контуром порекрепяяс-мой выработки позволяет предотвратить неконтролируемый выпуск пород из кровли и боков выработки в процессе перекрепления и поэтому его применение целесообразно в породах, склонных к вывалообразованию. Для реализации этой, наиболее представительной ситуации, разработаны способы перекрепления выработок, суть которых заключается в тем, что до проведения ремонтных работ за проектным контуром выработки по безгерметкзациенной технологии создается защитная перодобетенная оболочка, под прикрытием которой д производятся все работы по замене крепи. При этом породы з пределах проектного контура остаются кеупрочненпыми. Этот подход реализован в двух технологических схе?глх выполнения работ.

5. На основе аналитика-экспериментальных зависимостей,

ггг/сываюаих поведение породного массива после перекрепг.зния, :акработана методика расчета параметров перекреппенмя горных ььгсаботок и выбора способов ведения ремонтно-восстановнтельных ос т. Опытно-промышленное внедрение результатов исследования подтвердило достоверность разработанной методики и доказало возможность обеспечения послеремс-нтной эксплуатации выработок прк меньших затратах труда к материалов.

6. Результаты исследований использованы в "Руководстве по применению крепей и способов обеспечения устойчивости выработок, основанных на инъекционном упрочнении пород" С Макеевка, 1990 г.5,• "Руководстве по выбору способов и Технологии перекрепления выработок, обеспечивающих их устойчивость е условиях шахт ПО

1 ПО i -г. •>

параметров и способов перекреплено только на шахтах производственного объединения "Красноариелскуголь" более 2,5 километров горных выработок, расположенных в сложных горно-геологических условиях.

Основные положения диссертации изложены в- статьях г. закошены авторскими свидетельствами:

1. Н. А. Вострецов .

Опыт применения тампонаяиых растворов в тресте "Красноаркейскшахтострой".

ПБНТИ, МУП СССР, 1988 гсд. "

2.В.3.Заславский, Е.Б.Лрукко, З.К.Фролов, . В.В.Ковшов, И Я. Чересло, Н. А. Вострецов к др.

Руководство. ио применение крепей и способов обеспечения устойчивости выработок, основанных на инъекционной упрочнении парод.

Макеевка, 1S90 год.

3. А. Шарабарин, Е. П. Парогов, Н. А. Вострецов

Опыт проведения. и крепления горних выработок в слс горно-геологических условиях вахты "Красноариейская-Заиздвая"

ЦБНГЛ, МУП СССР, 1988 год.

4. К. А, Вострйцоз

Опыт применения ташонага закрепного пространства при проведении . капитальных горнкх выработок ' на шахтах иц. А. Г. Стаханова и "Красноармейская-Западная" N 1 1Ю "Красноармейскуголь".

ЦБНТИ, МУП СССР, 1988год.

5. Руководство по выбору способов и технологии перекрепления выработок, обеспечивающих их устойчивость в' условиях иахт ПО "Локецкугояь',/'/Ю. З.Заславский, И.О. Заславский,' " А.Г.ФаЗвишенко, В.В.Ковшов, Н.А.Вострецов я др. / НЛП "Прогресс". - Донецк.- 1933.-44 с.

6. А. с. 1685840 по заявке 44Ш220 от 22.06.91 года. Устройства для выгрузки сыпучих материалов из емкости с отверстием в торцевой стенке.

М. А. Еатохпк, В.В.Ковров, Н. А.Вострецов и др. ССССР)

7.А.с.1687777 по заявке 4623748 от 01.07.91 года. Устройство для измерения параметров треииноватоста горных пород

Ю.З.Заславский, Е.П.Пирогов, Е.Б.Друхко, Н.А.Вострецов и др.

ССССР)

8.А.с.1444319 по заявке 4176660 от 13.08.88 года. Торкрет-5гасса.

Ю. 3. Заславский, М. А. Шатохин, II. А. Вострецов и др. (СССР)

АННОТАЦИЯ

Вострецов Николай Александрович. Обоснование геоьгеханическпх ■мэтров и способов перекрепления горных выработок.

Диссертация на соискание ученой .степени кандидата v-_ ...чических наук по специальности' 03.23.18 . - "Подземное строительство". Донбасская государственная академия строительства и архитектуры. Макеевка, 1£Ш. : ; ; .

Защищается диссертационная работа ;Б которой дано ксеоо решение актуальной научной задачи по определению геомеханических ' и технологических параметров перекрепления .'горных выработок, обеспечивающих выбор наиболее оптимального .способавыполнения ремонтно-восстановительных работ и .. конструкции-. крепи, устанавливаемой в .выработке/ после перекрепления. .

Предложены способы. перекрепления _ * горных . выработок в неустойчивых породах.;' , . ;■■ ■;-., ■'} ;'■'-. ,-'''.

Ключевые слова: горная ' выработка,,' перекрапление, инъекционное упрочнение, ; тампонах, геомеханические ; параметры, методика расчета, технология. . ^ . .

Boctcssob Biioia Ошсашопч. Мщшвагп геокехгЕИвгх такетт та csocoóib дешршш« rissim smáoi. •

hcecram ia зюбгш. вченого'.сттгв хгашата-тешча:! san за стшьпсте 05.23.i8.-"Eii3esíieбттЕшго'.; üssíacbia smassa aiaiems бтИвшт.ва i anires?f»s; Haiiisia.: 1035p.

Saxsaamci iscematiia soíoia. в. sViI-.iamci soso-písíees ainaiuoi sanoBoi aaiaqi '■£<>'' з.ззггчшв' r.s.ogexasmu ' i mmormix maméis '.-seimiams*- r.iDasisx .'• amóos, згбезгечшп saóis aaláiibi ошнааьвого -свос.об? sssoaiáasí.

uefo3tho-sIsiJv3ois soiit i toacnmil ipiaiessi. poaaiseac

asooii.fi! suits seoeiDiaieaas.-.

Scs'sos'&s&nai- taoccSi lemmissas rIosaiEi sisodoi. i

seer;jzn soDojax. ■■.;

KisiobI cioia: rlpina mobia. leoeioluem. ti'entlie

3xUtmi. mioiai. reomaitul aacaxerDi. neronta moaxrm.

reiEoiorli.

Fsasicility study cf the. gecmechanical parameters and nine headings (xcrki.vg:») -re-supporting Gethods.

Tr.ssis. for academe . degree of candidate of science (.tecrtnicaiO it: speciality 05. 23.18^ -"Underground construction". The Dcnbas. State- Academy of Construction and Architecture. MdicayeVica; 1395. .

[he dissertation presents a new solution of the urgent scientific, .probles of determination of gecoechanical and technological re-supporting mine workings (headings) parameters, ensuring the chpise of the most opticum method of carrying-cut reconditioning repair and support construction mounted in headings after re-supporting.

V."-Hew methods of re-supporting mine headings Cworkings) in unstable rocks are also suggested.

ZS