автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.04, диссертация на тему:Обоснование и выбор параметров комбинированной крепи горизонтальных горных выработок, находящихся в массиве глинистых пород

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Московский государственный горный университет

На правах рукописи

Бай ТИНЬЦЮАНЬ

УДК 622.281

ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАННОЙ КРЕПИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ

КАПИТАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК, НАХОДЯЩИХСЯ В МАССИВЕ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД

Специальность 05.15.04 — «Шахтное строительство»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук'

Москва 1994

Работа выполнена в Московском государственном горном университете и Тсансунском горном институте (Китай)

Научный руководитель докт. техн. наук, лроф. КАРТОЗИЯ Б. А.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. ЧЕРНЯК И. Л., канд. техн. наук СВИРСКИЙ Ю. И.

Ведущее предприятие — институт «Центрогипрошахт». Защита диссертации состоится « /9 » мая 1994 г.

] "5

в час. на заседании специализированного совета

Д-053.12.1Гв Московском государственном горном университете по адресу: 117935, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета.

Автореферат разослан « ... »

1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета

докт. техн. наук, проф. ШУПЛИК М. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Основными направлениями экономического и социального развития в Китае на период до 2000 года намечено ускорение научно-технического прогресса в горнодобывающей промышленности за счет увеличения объемов подземного строительства, широкого внедрения новой техники и прогрессованных технологий добычи и переработки полезных ископаемых, Поэтому крепление и поддержание горной выработки в эксплуатационном состоянии являются одним из самых важных в комплексе вопросов подземного строительства.

В настоящее время в угольной промышленности Китая около 30$ действующих горных выработок шахт находятся в условиях, характеризующихся неустойчивыми глинистыми набухающими породами, склонными к большим деформациям, превышающим предельные. Анализ современного состояния крепления и поддержания горной выработки сви-дельствует о том, что применяемые в этих условиях типы крепей зачастую не обеспечивают надежного поддержания выработок и ежегодно около 27-37$ от общей протяженности выработок деформируются и требуют дополнительных затрат на ремонт и восстановление, что приводит к снижению производительности труда, темпов горностроительных работ и росту травматизма горнорабочих. Для обеспечения устойчивого состояния горных выработок в массиве глинистых пород необходима разработка новых конструкций крепей, обладающих достаточной податливостью и высокой несущей способностью (0,8 -1,5 МПа). Однако создание таких конструкций влечет за собой увеличение материалоемкости, а, следовательно, и затрат на строительство и поддержание выработок.

Перспективным направлением решения вопросов рационального крепления и поддержания выработок является применение комбинированных грузонесущих конструкций крепей, позволяющих использовать несущую способность породного массива. Одной из таких конструкций является блочная крепь с тампонажем закрепного пространства. Положительный большой опыт промышленного применения таких крепей имеется в России, однако в условиях глинистых пород отсутствуют методы расчета рациональных технологических параметров таких конструкций крепей, позволяющих учесть ползучесть глинистых пород и влияние подземных вод на остаточную прочность массива.

В связи с этим исследование напряженно-деформированного состояния массива глинистых пород с учетом влияния влажности на их прочность и установление зависимостей деформирования пород во времени для обоснования типа и параметров крепи горных выработок является актуальной научной задачей.

Цель работы заключается в установлении закономерностей совместного деформирования системы крепь - массив для обоснования и выбора параметров комбинированной крепи, обеспечивающей повышение устойчивости и снижение затрат на проведение и крепление горизонтальных капитальных горных выработок в массиве глинистых пород.

Идея работы заключается в комплексном учете реологических свойств глинистых пород и влиянии подземных вод на их прочность при установлении зависимостей деформирования системы крепь-массив для обоснования и расчета оптимальных конструктивных и технологических параметров комбинированной крепи в условиях глинистых пород.

Научные положения разработанные лично диссертантом и новизна:

установлен механизм деформирования массива глинистых пород вокруг горных выработок, отличающийся тем, что вследствие влияния подземных вод на остаточную прочность глинистых пород в зоне разрушенных массивов приконтура выработок глинистые породы проявляют вязко-пластические свойства, а зависимость их остаточной прочности- от водонасыщения- может быть описана следующим выражением:

<3!„ = (/,2- чо ;

разработана математическая модель системы крепь - массив, позволяпцая установить закономерность изменения напряженно-деформированного состояния применя^-юй крепи круговой конструкции, находящейся во взаимодействии с глинистым породным массивом, от-лпчагцаяся от существующих реиений учетом реологических свойств породного массива и степенью его водонасыщения;

получен ноьый критерий для оценки устойчивости массива, от-лнчаццпйся учетом пластической характеристики пород и позволя-1ХУ.Г. установить, чтс элективной областью применения предлагаемой елочной кгепи с та\: лекаже:.: закрепнего пространства являют-

ся горно-геологические условия, при которых критерий устойчивости < 0,86.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

качественным совпадением результатов экспериментальных исследований по измерению смещений массива горных пород, выполненных в натурных условиях, и лабораторных исследований методом моделирования на эквивалентных материалах;

достаточно высокой сходимостью результатов математического моделирования с данными экспериментальных исследований (максимальное расхождение не превышает 20%);

положительными результатами внедрения разработанных Рекомендаций по выбору конструктивных и технологических параметров блочной крепи при креплении капитальных горных выработок в условиях Шуланского бассейна.

Научное значение работы заключается в комплексном учете реологических свойств глинистых пород и влиянии подземных вод на их остаточную прочность при установлении закономерностей совместного доформирования системы крепь-массив, что позволило достаточно точно отражать механизм процесса доформирования глинистых 'пород и прогнозировать изменение смещений массива и распределение напряжения в массиве•вокруг выработки.

Практическое значение работы состоит в разработке''Рекомен-дации по выбору конструктивных и технологических параметров блочной крепи с тампонажем' и методов определения области эффективного применения блочной крепи с тампонажем, позволяющих обеспечивать устойчивое состояние выработок на весь срок их службы и сокращение капитальных и эксплуатационных затрат за счет снижения материалоемкости крепей.

Реализация выводов и рекомендаций работы.'Рекомендации по выбору конструктивных и технологических параметров блочной крепи с тампонажем^приняты Тсансунскнм горным институтом при составлении проекта проведения и крепления откаточного квершлага на глубине 297м на шахте "$унгун" I и реализованы с экономическим эффектом 27800 юань в год.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на кафедре СПСкЕ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 122 наименований и изложена на страницах 204 , включая 24 таблиц, 65 рисунков и 1 страниц приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Китайский угольный бассейн, свита которого принадлежит к группе глинистых пород, включает Шуланский, Шенбэйский, Хэнан-ский, Пантсуский угольные бассейны. Между этими бассейнами наиболее типовым по свите является Шуланский угольный бассейн, который разделен на Фунгунскую, Дишускую и Шуланскую части.

В настоящее время горные работы на шахтах Шуланского бассейна ведутся на глубинах 250-350 м. Как показывает опыт работ на глубоких горизонтах,строительство выработок сопровождается интенсивными проявлениями горного давления, что приводит к деформированию и разрушению крепи и к большим затратам на ремонт горных выработок. В результате анализа применения и состояния основными видами крепления капитальных горных выработок являются мощные конструкции крепей, включающие блочную каменную крепь с на-брызг-бетонной и анкерной крепью, в отдельных случаях усиленной металлической кольцевой крепью (68$); крупнопанельная блочная крепь с набрызг-бетонной и анкерной крепью применяется в объемах 325?.

Из общего объема ежегодно проводимых выработок в разрушенном состоянии находится 375? крепей. Одна из основных причин неудовлетворительного состояния крепей капитальных горных, выработок -несоответствие проектных решений по их креплению с горно-геологическими условиями, что является следствием недостаточного научного обоснования при выборе типа крепи и ее параметров. В большинстве случаев крепи капитальных горных выработок проектируются без предварительного анализа и расчета их применения. Применяется так называемый "метод аналогий", согласно которому известные проектные решения, нашедщие удачное применение в одних геологических условиях, автоматически переносятся в другие. В результате этих действий наблюдается необоснованный перерасход материалов, что ведет в одних случаях к увеличению затрат на крепление и поддержание выработок, а в других - к недостаточной несущей способности крепи, которая влечет значительные затраты на их ремонт и перекрепление. В последние годы благодаря работам Б.З.Амусина, И.В.Баклашова, Н.С.Булычева, К.С.Ержанова, Л.М.Ерофеева, Е.Б.Дружко, Ю.З.Заславского, В.Ю.Изаксона, В.Н. Каретникова, Б.А.Картозия, И.Т.Коскова, К.В.Кошелева, Т.А.Кру-пенникова, Ю.М.Либермана, Г.Г.Литвинского, А.П,Максимова,

Н.Н.Фотиевой, Т.Н.Цай, И.Л.Черняка и других исследователей достигнут "определенный успех в области изучения проявлений горного давления в капитальных горных выработках. Этими учеными рассмотрены и предложены различные критерии для оценки устойчивости горных пород и разработаны новые конструкции крепей и методы их расчета.

По данным выполненных нами исследований преобладают следующие пределы прочность этих пород на сжатие: у аргиллитов 2-12 МПа, сланцев 3-13 МПа на шахтах Шуланского бассейна.

Как показывают результаты исследований проявлений горного давления в выработках, расположенных в сложных горно-геологических условиях, для обеспечения устойчивого состояния капитальных горных выработок необходимо применение крепей с высокой несущей способностью (0,8-1,5 МПа). Однако создание таких крепей влечет за собой резкое увеличение материалоемкости, а, следовательно, и затрат на строительство и поддержание выработок. Одним из способов повышения устойчивости закрепленных выработок является тампонаж закрепного пространства цементно-песчаным раствором, который улучшает контактные условия работы крепи с массивом горных пород.

В последние годы накоплен достаточно большой опыт по тампонажу закрепного пространства. Исследованиями в натурных и лабораторных условиях, проведенными Штепа A.B., Шильманбм Е.Л. и др., разработаны способы заполнения закрепных пустот, расчетные мето-г ды определения технологических параметров тампонажа, а также установлено влияние составов растворов на физико-механические свойства тампонажной оболочки.

Одной из наиболее удачных конструкций крепей для капитальных горных выработок, нашедших широкое применение в практике подземного строительства, является блочная бетонная (каменная) крепь.

Этот вид крепи имеет ряд преимуществ перед традиционными арочными металлическими крепями, к которым можно отнести следующее: высокая несущая способность (0,4-1,1 МПа), низкое аэродинамическое сопротивление, полная механизация при креплении, возможность воспринимать нагрузки со стороны массива сразу после ее установки, низкая металлоемкость. С точки зрения возможности применения в сочетании с тампонажем блочная крепь явля-

ется практически идеальной, так как не требует дополнительных затрат на заделку швов и стыков между отдельными кольцами крепи, а обеспечение устойчивого состояния выработок при ожидаемых нагрузках более I Ша с помощью этого вида крепи имеет большое народнохозяйственное значение.

В своей работе Г.С.Франкевич установил влияние тампонажного . слоя в закрепном пространстве на несущую способность блочной крепи. Однако в литературных источниках практически отсутствуют достаточные исследования по определении конструктивных и технологических параметров блочной крепи с тампонажем в конкретных условиях, например, в условиях глинистых пород.

В трудах ученых И.В.Баклашова, З.Бенявского, Н.С.Булычева, Л.М.Ержанова, Ю.З.Заславского, В.Ю.Изаксона, Б.А.Картозия, Т.Н. Кузнецова, Г.Г.Литвинского, Я.Фармера, Н.Я.Фотиевой, ИЛ.Черняка, О.Якоби и др. рассмотрены различные критерии оценки устойчивости пород, развиты методы оценки устойчивости пород вокруг выработки, разработаны классификации породных массивов по различным показателям.

На основе детального изучения и анализа существующих методов оценки устойчивости породных обнажений, выбора параметров крепей, а также опубликованных результатов исследований в лабораторных и натурных условиях для оценки устойчивости горных выработок и при обобщении результатов исследований, проведенных автором настоящей работы, за основу принят критерий устойчивости , основанный

на сопоставлении максимальных напряжений на контуре выработки с прочностными характеристиками массива, окружагацего горную выработку, который выражается в виде

^ - » Ч )

К. Ь Ь гн

0Н

<* - средневзвешенный предел прочности горных пород, пересекаемых выработкой в массиве, МПа; К, - коэффициент концентрации напряжений на контуре выработки, определяемый в зависимости от ее Формы; - коэффициент влияния сменных выработок;

К, - коэффициент влияния очистных работ. Для одиночных выработок вне зоны влияния очистных работ к2= к, = I; У - средневзвешенный объемный вес пород, кг/м3; Н - глубина заложения выработки, м.

Этот критерий был достаточно апробирован для оценки устойчивости пород и выбора крепи в условиях Кузнецкого бассейна. Однако результаты исследований, проведенных автором настоящей работы в условиях глинистых пород на шахтах Шуланского бассейна, показали, что при оценке устойчивости породных обнажений в условиях массива глинистых пород, этот критерий не обеспечивает достаточной надежности решений.

С учетом изложенного задачами настоящей работы являются: установление зависимости смещений массива горных пород и нагрузок на крепь во времени и выяснение механизма деформирования массива глинистых пород вокруг горной выработки;

исследование количественной оценки влияния подземных вод на прочность массива глинистых пород в лабораторных условиях;

разработка обобщенной раочетной схемы, математической модели системы крепь-массив, позволяющих исследовать напряженно-деформированное состояние массива глинистых пород и для получения нового критерия устойчивости породных обнажений;

определение экономически целесообразных для условий шахт Шуланского бассейна конструкций крепи и конкретной области их применения, основных конструктивных и технологических параметров блочной крепи с тампонажем закрепного пространства.

Для решения поставленных задач использовались методы научного анализа и обобщения, визуально-инструментальные шахтные наблюдения и анализ условий работы крепей, моделирование методом эквивалентных материалов, аналитические исследования напряженно-деформированного состояния породного массива при его взаимодействии с крепью с учетом реологических процессов и сопоставительный анализ результатов, полученных на основе предлагаемых, известных теоретических и аналитических методик и имеющихся шахтных и лабораторных экспериментов.

Для установления закономерностей совместного деформирования системы крепь-массив в натурных условиях были проведены инструментальные наблюдения на 10 комплексных станциях по измерению смещений массива горных пород и нагрузок на крепь, которые оборудовались глубинными реперами, тензодатчикаш и специально разработанными измерительными анкерами.

Исследования проводились в следующих горно-геологических условиях: глубина заложения выработок от 250 до 300 м, прочность вмещающих глинистых пород 6-8,5 МПа.

На замерных станциях одновременно изучались величины и скорости смещения массива пород по контуру выработки, размеры зоны неупругих деформаций массива вокруг выработок, величины нагрузок на крепь и их изменение во времени по контуру выработки.

Величины и скорости смещения массива пород определялись с момента их обнажения в забое выработки. Ш результатам этих исследований строились эпюры и графики роста нагрузок на крепь во времени и графики смещений вертикальных и горизонтальных реперов в различной измерительной точке массива при различном времени.

Анализ результатов экспериментальных исследований позволил выделить 2 типа закономерностей совместного деформирования системы крепь-массив.

I тип —развитие смещения массива и рост нагрузок на крепь носят затухающий характер и стабилизируются примерно через 60-120 сут- после его обнажения, максимальные смещения в кровле составляют 124 мм, в подошве - 132 мм, в боках - 118 мм.

Наиболее интенсивные смещения развиваются в первые 20-40 сут существования выработки. Реализуемая за это время часть смещений массива составляет 60-70$ от конечных смещений.

Нагрузки нарастали в течение первых 30-60 сут после проходки. За этот период реализовались 80$ от конечных нагрузок, размеры зон неупругих деформаций составили 3-5 м.

П тип -развитие смещений массива и рост нагрузок на крепь не затухают. При этом вследствие недостаточной несущей способности и податливости крепь горных выработок нарушается.

Наиболее интенсивные смещения массива развиваются в первые 40-80 сут. и составили 97-156 мм.

Через 300 сут. со дня установки станции смещения массива горных пород увеличились с 68 до 386 мм, нагрузки на крепь нарастали с 0,6 до 1,46 Ша.

' Размеры зоны неупругих деформаций постепенно развиваются во времени и примерно через 90-150 сут. стабилизируются, составляют 5-8 м.

С целью исследования влияния эксплуатации подземных вод на прочность массива глинистых пород в лабораторных условиях нами были приведены испытания на образцах из выбуренных кернов, отобранных в местах различных расстояний от контура выработки, при различных боковом давлении и водонасыщении.

Результаты испытаний показали, что прочность массива глинистых пород увеличивается с удалением от контура выработки. Изменение водонасыщения массива значительно влияет на его остаточную прочность,

Обработка результатов экспериментальных исследований методами математической статистики позволила получить зависимости изменения прочности массива глинистых пород вблизи выработок от его влажности:

б!жг: 6еж(/.2 — V) , (2)

еЗс* , беж- соответственно прочность массива вблизи выработки при V/ меньше 0,2 и более 0,2 МПа;

V - влажность массива глинистых пород. Для комплексного изучения процесса разрушения массива глинистых пород вокруг выработок в лабораторных условиях были проведены исследования на моделях методом эквивалентных материалов. Моделирование производилось в масштабе 1:50 на специально сконструированном стенде, который позволяет создавать в массиве плоско-деформированное состояние с любым соотношением вертикальных и горизонтальных напряжений. Выбранный масштаб моделирования в наших случаях имитирует следующие горно-геологические условия: глубина заложения выработок - 150+300 м; предел прочности пород при сжатии - 6+7 МПа; влажность массива глинистых пород - 0,2+0,8. Испытания моделирования ведут с одной моделью, которую загружают ступенями 0,09, 0.12, 0,15, 0,18 МПа.

Смещения массива в модели регистрируются с помощью микро-деформометра типа 1С.

В результате проведенных модельных исследований установлено, что при давлении, равном 0,15 МПа, на контуре выработки по- . являются трещины, и с увеличением влажности наблюдается заметное увеличение смещения. При давлении, равном 0,18 МПа, вокруг выработки наблюдаются интенсивное развитие смещения контура и пучение почвы горной выработки.

Как известно, в своих работах И.Л.Черняк установил механизм деформирования породного массива вокруг выработки и выделяет в массиве вокруг выработки три типа деформаций пород и три зоны деформирования.

I тип имеет место при напряжениях на контуре выработки Зсж, при одноосном сжатии меньше предела длительной прочности пород 3» . При этом в массиве вокруг выработки образуется зона упруго-вязких деформаций, а деформационный процесс протекает без нарушения стоимости пород и имеет затухающий характер во времени и пространстве.

П тип наблюдается при напряжениях на контуре, превышающих предел длительной прочности, но меньших мгновенной прочности пород. При этом образуется зона упруговязких деформаций, с течением времени часть которой разрушается и переходит в зону длительного разрушения пород.

Ш тип тлеет место при напряжениях 6, , превышающих мгновенную прочность пород д. . В этом случае разрушение пород начинается вслед за проведением выработки. Зону, где породы разрушаются сразу при достижении максимума интенсивности напряжений, можно назвать зоной условно-мгновенного разрушения пород. За ней следует зона упруговязких деформадай, в пределах которой во времени образуется зона длительного разрушения пород.

Аналогично в условиях глинистых пород на основании анализа результатов проведенных исследований в натурных и лабораторных условиях был установлен механизм деформирования массива глинистых пород вокруг выработок и можно выделить в массиве глинистых пород три типа деформаций и три зоны деформирования пород.

I тип деформации имеет место при напряжениях, не превышающих длительной прочности пород. В массиве пород вокруг выработки образуется зона упруговязких деформаций. Процесс протекает без нарушения сплошности, скорости смещений изменяются плавно и постепенно затухают.

П тип деформации наблюдается при напряжениях, превышавдих предел длительной прочности, но меньших предела мгновенной прочности пород. Вокруг выработки образуется зона упруговязких и пластических деформаций, процесс деформирования массива носит затухающий характер.

Ш тип деформации характеризуется напряжениями, превышающими мгновенную прочность пород, при этом неупругие деформации в части приконтурного массива превышают экстремут пластической деформации и приводит к разрушению массива пород. Вокруг выработки образуются пластические и упругопластические зоны разрушения.

Вследствие наличия подземных вод в массиве в зоне разрушения глинистые породы вокруг выработки ведутсебя как вяэкопластичная среда. Смещения контура выработки являются следствием деформаций длительной ползучести и носят незатухающий характер.

Таким образом, при расчете напряженно-деформированного состояния массива вокруг выработки рассматривался наиболее общий случай системы массив-крепь и для исследования принята вязко-упругопластическая структурная модель.

Решалась плоская осесимметричная задача со следуицими граничными условиями: на бесконечности приложены напряжения,

равные <3 • .В нетронутом массиве на глубине расположения выработки и по контуру действует равномерный отпор крепи. В процессе деформирования массива вокруг выработки образуются зоны упруговязких, пластических и вязкопластических деформаций.

В результате решения были получены выражения, показывающие распределение главных нормальных напряжений в массиве вокруг выработки, радиус зоны разрушения 7р и смещение контура массива выработки и* .

В частности, выражение для определения радиуса зоны разрушения имеет следующий вид:

Ц - радиус горной выработки, м; % - начальное напряжение, ЬШа; 7П - радиус зоны пластических деформаций, м; <3«о - контактное напряжение на границе г1п , МПа; Р - отпор крепи, ЬШа; Зщ - предел прочности массива ,МПа; - остаточная прочность массива, МПа; V/ - влажность массива ; - длительная модуль массива, МПа; 5 ~ коэффициент вязкости массива, Па.с, £р - общая предельная деформация массива.

При условии 7РН> > а , решая уравнение (3), получим ионный критерий устойчивости породного Обнажения:

<3« (1.2 — и/;

- I2 -

Поэтому отпор крепи р , при котором область разрушения не образуется, определяется следующим выражением:

Р — 1— П ) ■ (5)

Смещения контура выработки определяются из выражения

и,.« = а ]-

[ ^ о(ж (1.2 — IV) )

Выражения получены из идеализированной схемы, поэтому на следующем этапе проводилась проверка степени их точности.

Нами были проведены сравнения результатов определенных смещений разными способами и показано, что отклонение расчетных значений смещений от фактических составляет в среднем +20%, что свидетельствует о достаточной пригодности данных выражений для практических расчетов.

В настоящее время из-за того, что геомеханический подход к выбору способов и средств обеспечения нормального эксплуатационного состояния подземных сооружений не позволяет дать однозначный вариант к решению сложной технико-экономической задачи для крепления выработки, для выбора оптимальных конструкций крепей и обоснования области эффективного применения были проведены экономические сравнения вариантов крепей с использованием критерия приведенных затрат на строительство выработок.

Расчеты выполнены на ЭВМ по прогр?"ме "Оптимизация крепи" при выборе оптимальной крепи из следующих пяти конкурентоспособных вариантов:

-блочная бетонная крепь с набрызг-бетонно-аикерной крепью в сочетании с металлической кольцевой крепью;

- крупнопанельная блочная кр;пь с набрызг-бетонно-аккерной крепью;

- крупнопанельная блочная крепь с тампонажем закрепного пространства;

- блочная бетонная крепь с тампонажем закрепного пространства;

блочная бетонная крепь с темпонажем закрепного пространства;

набрызг-бетонно-анкерная крепь с упрочнением массива цементными растворами.

На основании проведенных исследований разработаны рекомендации по выбору конструктивных и технологических параметров блочной крепи, которые сводятся к следующему:

I) оптимальной крепью горных выработок в массиве глинистых пород являются варианты 4 и 3;

2) на основании горно-геологической документации определяется коэффициент устойчивости породного обнажения П по выражению (4) в месте заложения выработки;

. 3) по полученной в работе зависимости р=^(1 — п) определяется величина ожидаемой нагрузки на крепь;

4) в случае, если ожидаемые нагрузки на крепь не превышают 0,7 МПа, то для крепления выработки взять крепь, применяющую на шахтах. Если нагрузка на крепь больше 0,7, но меньше 1,4 МПа, необходимо применять блочную бетонную крепь с тампонажем. Если нагрузка больше 1,4 МПа, должна применяться крупнопанельная блочная крепь с тампонажем закрепного пространства;

5) по полученным выражениям (3), (6) с учетом уравнения Ф.А.Белаенко определяем рациональные сроки выполнения работ по тампонажу закрепного пространства, величину ожидаемых смещений

и в зависимости от темпов проведения выработок определяем отставание работ по созданию тампонажного слоя от забоя выработки.

Разработанные в раб оте *Реком ендации по выбору конструктивных и технологических параметров блочной крепи при креплении капитальных горных выработок в условиях Шуланского бассейна' приняты Тсансунским горным институтом при составлении проекта проведения и крепления откаточного квершлага на глубине 297 м шахты "фунгун" с экономическим эффектом 27800 юань.

- Т4 -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи по обоснованию и выбору параметров комбинированной крепи для горизонтальных капитальных горных выработок, находящихся в массиве глинистых пород, позволяющее снизить материалоемкость и затраты на их сооружение.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

I. Анализ состояния крепей горизонтальных капитальных горных выработок строящихся и реконструируемых шахт Шуланского бассейна показал, что применяемые традиционные крепи не обеспечивают должной устойчивости выработки, ежегодная необходимость в них перекреплении составляет в среднем 20%. Для обеспечения устойчивости выработок на весь срок их службы необходима разработка новых эффективных способов крепления, включающих массив горных пород в единую грузонесущую систему. Целесообразным вариантом такого вида крепи является крупнопанельная блочная крепь или блочная каменная крепь в сочетании с тампонажем закрепного пространства, позволяющая довести уровень механизации возведения крепи и ее изготовления до 80%.

2. На основании натурных наблюдений и лабораторных экспериментальных исследований установлено, что при наличии подземных вод, вследствие влияния влажности глинистых пород на их остаточную прочность, в зоне разрушения массивы глинистых пород вокруг выработки ведут себя как вязкопластическая среда и смещения массива на контуре выработки являются следствием ползучести и носят незатухающий характер.

На основании использования реологической теории деформирования массива разработаны математическая модель и расчетная схема во взаимодействии крепи с массивом глинистых пород, где впервые учитываются влияние подземных вод на прочность массива и ползучесть глинистых пород.

3. Тампонажный ело?, увеличивает несущую способность блочной крепи по сравнению с несущей способностью применяемой крепи на шахтах, причем после выполнения работ по тампонажу смещения массива, глинистых пород и дальне;:шее развитие зоны неупругих де{юр--аций практически прекращаются. Применение тампонажа приводит к

снижению размера зоны неупругих деформаций почти в 1,5 раза. Так, например, при креплении выработок крупнопанельной блочной крепью с забутовкой породной мелочью деформации пород сопровождаются их разрушением в глубь массива на расстояние больше 3 м, а при применении крепи с тампонажем на расстояние 1,5-2 м.

4. Для определения эффективной области применения блочной крепи в сочетании с тампонажем закрепного пространства предложено использовать новое выражение, полученное автором диссертации, коэффициента устойчивости массива горных пород П , где учитывается пластическая характеристика глинистых пород, при которых на глубине 300 м, можно применять традиционную крепь, в пределах 0,88-0,78 - блочную каменную крепь с тампонажем, меньше 0,78 -крупнопанельную блочную крепь с тампонажем закрепного пространства. При этом применение предлагаемой крепи в сравнении с применяемой крепью на шахтах обеспечивает снижение затрат на крепление

I м выработки в среднем до 556 июань/м за счет снижения стоимости горнопроходческих работ.

5. Разработана методика определения рациональных конструктивных и технологических параметров крепи -в сочетании с тампонажем закрепного пространства и определены оптимальные сроки 24-34 сут. при расстоянии от забоя 48-68 м для выполнения нормативного тампонажа после проведения капитальных выработок на шахтах Шуланско-го угольного бассейна.

6. Расчетный экономический эффект от внедрения Рекомендации по выбору конструктивных и технологических параметров комбинированной крепи при проведении и креплении откаточного квершлага на глубине 297 м на шахтах им."фунгун" № I составляет 27800 юань.

Подписано в печать 7.04. 91."....."форшт 607э0^Т

- .^ьем I п.л^......Тираж 100_экз1____¡заказ ЯТ66 _

Типография Московского государственного горного университета

- Т6 -