автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.04, диссертация на тему:Обоснование параметров и разработка крепей капитальных горных выработок с управляемой несущей способностью

в июи га

На правах рукописи УДК 622.281.4.7 (043.2)

ФРАНКЕВИЧ ГЕННАДИЙ СТЕПАНОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РАЗРАБОТКА КРЕПЕЙ КАПИТАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК С УПРАВЛЯЕМОЙ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ

Специальность 05.15.04- «Строительство шахт и подземных сооружений»

Автореферат

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1998 г.

Работа выполнена в ОАО «Кузниишахтострой» и Московском государственном горном университете

Научный консультант

лауреат Государственной премии СССР, проф., докт. техн. наук. КАРТОЗИЯБ.А.

Официальные оппоненты:

проф., д.т.н. ВОРОБЬЕВ А.Н.

проф., д.т.н. КАТКОВ Г.А. проф., д т.н. КЛЕЙМЕНОВ В.Б.

Ведущая организация : ОАО «Сибгипрошахт»

Защита состоится «25» июня 1998 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д-053.12.11 при Московском государственном горном университете по адресу: 117049, г. Москва, Ленинский проспект, 6

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан «25» мая 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, проф., докт. техн. наук.

ШУПЛИК М.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Больше половины общего объема добычи угля в России и практически весь объем высококачественного угля приходятся на подземную добычу. В последние годы на одну треть уменьшилась производительность труда и почти в два раза возросла себестоимость добываемого угля. Одной из главных причин сложившегося положения является значительное ухудшение горно-геологических условий при ведении горных работ.

Как при строительстве, так и при эксплуатации угольных шахт работы по креплению горных выработок являются трудоемкими и требующими значительных материальных затрат. В общей стоимости и трудоемкости сооружения горных выработок стоимость крепей и затраты на их возведения составляют 30-60 %. На угольных шахтах СНГ годовой объем ремонта и перекрепления капитальных и подготовительных выработок составляет до 35 % от общей их протяженности. По данным производственных объединений доля затрат на крепление и под держание горных выработок составляет от 7 до 15 % в общей себестоимости добычи угля, а ее снижение за счет обеспечения устойчивости горных выработок с минимальными затратами, влияющих на конкурентоспособность угля, является актуальной проблемой угольной промышленности России. В настоящее время капитальные горные выработки на всем своем протяжении крепятся в основном крепями одного типа, независимо от изменяющихся по длине выработки горногеологических условий. Действующие в настоящее время нормативные документы по выбору типа и конструкции крепи (СНиП - П. - 94 - 80 и другие) в принципе предусматривают дифференцированный подход к креплению различными конструкциями крепей отдельных участков выработки, имеющих более 30% отклонения прочностных свойств вмещающих пород. Однако на практике это положение не реализуется ввиду не технологичности перехода от одного типа крепи к другому, т.к. требует наличия определенного запаса нескольких видов крепи, что в современных условиях жестких требований по снижению себестоимости добываемого угля нецелесообразно и практически невозможно. Это определяет необходимость разработки гибких технологий крепления горных выработок, основанных на применении крепей с управляемой несущей способностью, технологически и конструктивно сочетаемых между собой и обеспечивающих минимальные материальные и трудовые затраты.

Цель работы состоит в разработке конструкций крепей с управляемой несущей способностью и обосновании их параметров для крепления капитальных горных выработок в изменяющихся горногеологических условиях.

Идея работы заключается в управлении несущей способностью крепей за счет их оперативного усиления на основе контроля за геоме-ханнческой ситуацией непосредственно в процессе строительства горной выработки.

Задачи исследований:

• установить закономерности деформирования и изменения несущей способности различных комбинаций крепей на базе наиболее широко применяемых настоящее время конструкций, дать количественную оценку несущей способности этих крепей в увязке с условиями их деформирования;

• изучить закономерности напряженно - деформированного состояния массива горных пород вокруг капитальных выработок, закрепленных крепью ГТК с забутовкой за крепкого пространства мелкой породой и тампонажем;

• обосновать параметры основных базовых конструкций крепей, крепей усиления и средств их возведения как основы для создания крепей с управляемой несущей способностью;

• разработать основы технологии крепления горных выработок крепями с управляемой несущей способностью.

Методы исследований.

Выполненный комплекс исследований включает в себя анализ и обобщение литературных источников, крупномасштабные стендовые исследования, лабораторное моделирование на эквивалентных материалах с использованием теории подобия, экспериментальные натурные исследования, статистическую обработку результатов эксперимента, численные расчеты с использованием методов механики твердого деформируемого тела, технико-экономический анализ эффективности разработанной технологии крепления и результатов ее внедрения.

Основные научные положения, выносимые на защиту, заключаются в следующем:

1. Сопротивляемость металлических арок из СВП при нагруже-нии увеличивается с ростом в них деформации до 60-70 % от ее макси-

мальной величины, причем профиль из горячекатаной стали имеет несущую способность на 2-10 % больше, чем го охлажденной и термоуп-рочненной. Путем поэтапной установки дополнительных элементов различных размеров и конструкций возможно увеличение несущей способности арочной крепи в 3 раза, а только за счет изменения конструкций узлов податливости возможно увеличение несущей способности более чем в 2 раза.

2. Создание тампонажного слоя в закрепном пространстве приводит к незначительному увеличению нагрузки на крепь ГТК (до 20 %), что происходит за счет увеличивающейся жесткости системы «крепь -тампонаж - массив», в тоже время несущая способность этой системы возрастает до 2 и более раз по сравнению с собственной несущей способностью крепи.

3. Развитие смещений породного контура выработки, закрепленной крепью ГТК, во времени имеет экспоненциальный характер и стабилизируется через 60 - 80 суток при коэффициенте устойчивости п = = 0,7 - 0,8 , через 130-150 суток - при п = 0,2 - 0,5. На размеры оьласти разрушения горных пород вокруг выработок значительное влияние оказывает материал заполнения закрепного пространства:

• при забутовке закрепного пространства мелкой породой -3,5-4,0 м;

• при тампонаже закрепного пространства цеменгно-песчаным раствором - 0,5-1,0 м.

4. Основным принципом обеспечения устойчивого состояния горных выработок является управление несущей способностью комбинацией базовых крепей с элементами их усиления по характеру изменения смещений контура выработки и нагрузок на крепь для наиболее и наименее благоприятных геомеханических условий по длине выработки.

Научная новизна работы заключается:

• в установлении взаимосвязей сопротивляемости различных конструкций металлических арочных крепей с их деформируемостью, технологией их изготовления и конструкциями узлов податливости, а также в установлении значений конструктивных параметров, влияющих на несущую способность крепи;

• в оценке влияния усиления крепи ГТК с тампонажем закрепного пространства на изменение напряженно - деформированного состояния массива и на ее несущую способность;

• в установлении времени стабилизации смещений породного контура выработки, нагрузок на крепь ГТК и из СВП в зависимости от коэффициента устойчивости, а также размеров разрушения горных пород вокруг выработок в зависимости от материалов забутовки закрепного пространства;

• в адаптации общего принципа управления несущей способностью крепей по длине выработки на базе крепей с управляемой несущей способностью для конкретных горно-геологических условий Кузбасса.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

• достаточной сходимостью результатов стендовых испытаний крепей и моделирования на эквивалентных материалах с результатами расчета и исследования работы крепей в натурных условиях (расхождение не превышало 15 %);

• положительными результатами внедрения рекомендаций по выбору конструктивных и технологических параметров крепей ГТК и металлической арочной из СВП с различными вариантами их усиления.

Научное значение работы заключается в обосновании параметров и разработке методов управления несущей способностью крепей горных выработок за счет усиления базовых конструкций крепей непосредственно в технологическом процессе строительства на основе установленных закономерностей изменения их несущей способности и напряженно - деформированного состояния массива горных пород вокруг выработок.

Практическая значимость работы заключается в разработке рекомендаций по определению параметров ресурсосберегающих конструкций крепей с управляемой несущей способностью для условий капитальных горных выработок угольных шахт Кузбасса. Определена область применения крепей ГТК с тампонажем закрепного пространства, при этом установлено, что несущая способность крепи может быть увеличена более чем в 2 раза. Разработаны методика и оборудование для широкомасштабных стендовых испытаний крепей. На основе результатов этих испытаний определена фактическая несущая способность металлических арочных крепей и предложены варианты их конструктивного усиления. Разработаны классификации базовых конструкций крепей и крепей с управляемой несущей способностью. Реализация

разработанных направлений создания технологии крепления горных выработок крепями с управляемой несущей способностью обеспечивает устойчивое состояние выработок на весь срок их службы, сокращение капитальных и эксплуатационных затрат за счет снижения материальных и трудовых затрат.

Реализация работы.

Основные положения диссертационной работы вошли составной частью в следующие нормативные руководящие документы:

1. Рекомендации по выбору конструктивных и технологических параметров крепи ГТК / Кузшпппахтострой. - Кемерово, 1984.

2. Сечения горных выработок, закрепленных комбинированной анкер - металлической крепью (Типовое проектное решение 401 - 011 -67.85) / Центрогипрошахт. -М., 1985.

3. Руководство по выбору конструктивных и технологических параметров тюбинговой крепи (ГТК) с заполнением закреиного пространства твердеющими смесями для условий Кузнецкого и Карагандинского бассейнов (РД 12.13.064 - 87 МУЛ СССР) / Кузнишпахтострой. - Кемерово, 1987.

4. Унифицированные сечения горных выработок, закрепленных металлической арочной крепью из взаимозаменяемого профиля для условий Кузнецкого бассейна (Типовые материалы для проектирования 401 -011 -88.89)/Центрогипрошахт. -М., 1989.

5. Унифицированные сечения горных выработок с монолитной бетонной крепью (Типовые материалы для проектирования) / Центрогипрошахт. - М., 1992.

6. Временное руководство по проектированию ресурсосберегающих конструкций крепи капитальных горных выработок на шахтах Кузнецкого угольного бассейна (утв. ОАО "Росуголь") / МГТУ. -М., 1997.

Рекомендации по выбору конструктивных и технологических параметров крепей с управляемой несущей способностью на базе крепи ГТК й металлической арочной крепи используются проектными институтами "Сибгипрошахт", "Кузбассгипрошахт" и "Карагавдагипрошахт", а также производственными организациями "Кузбассшахтострой", "Карагандашахтострой" и "Росговшахтострой", Фактический экономический эффект от внедрения научных разработок на отдельных участках капитальных горизонтальных горных выработок шахт Кузнецкого и Карагандинского угольных бассейнов составил 1 млн. 870 тыс. руб. в ценах 1991 г.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы были доложены и одобрены на П. и Ш Всесоюзных конференциях "Проблемы механики подземных сооружений" (Ленинград, ЛГИ, 1978; Тула, ТЛИ, 1982); на 9 - м Всесоюзном семинаре по исследованию горного давления и охране капитальных и подготовительных выработок (Кемерово, Институт угля СО АН СССР, 1984); на Всероссийской научно - технической конференции "Прохождение вертикальных стволов, околоствольных дворов, горизонтальных и наклонных выработок при строительстве новых шахт" (Шахты, Новочеркасск, 1997); на научных семинарах "Неделя горняка -97, 98" (Москва, МГГУ, 1997 - 1998); на совещаниях в "Ценгрогипрошахте", "Сибгипрошахте", "Кузбассгипрошахте", "Карагандагипрошахте", "Кузниишахтосгрое", "Кузбассшахтострое", "Ростовшахтострое", "Карагандашахтострое" (Москва, Новосибирск, Кемерово, Караганда, Шахты, 1985 - 1997 гг.).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 29 научных работ, в том числе две монографии и 5 авторских свидетельств и патентов на изобретения.

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения; содержит 385 страниц машинописного текста, 159 рисунков, 36 таблиц, перечень использованной литературы из 192 наименований н 5 приложений.

Автор выражает благодарность научному консультанту проф., докт. техн. наук. Б.А. Картозия, проф., докт. техн. наук. Л.М. Ерофееву за ценные научные консультации и полезные советы при выполнении работы, коллегам по Кузниишахтострою и кафедре СПСиШ МГТУ, работникам нроектных и производственных организаций за оказанную помощь при выполнении отдельных исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1.

Состояние проблемы крепления капитальных горных выработок в сложных горно-геологических условиях

Проблема обеспечения устойчивости капитальных горных выработок является одной из самых актуальных в комплексе вопросов строительства и эксплуатации угольных месторождений.

Интенсификация горных работ вызвала необходимость увеличения площади поперечного сечения выработок в среднем на 10%. Это в свою очередь привело к росту объемов применения крепей из более тяжелых профилей (СВП - 27, 33). Их объем растет ежегодно на 10% при неуклонном снижении доли легких профилей.

Постоянное увеличение глубины горных работ за последние 15 лет (10 - 15 м) в год также вызвало необходимость применения более тяжелых и металлоемких крепей, при этом средние расчетные нагрузки на них возросли в 2,3 раза, что, естественно, привело к увеличению стоимости и трудоемкости крепления горных выработок. Несмотря на то, что объем проходки в шахтном строительстве снизился и составил 31,4% к объему 1988 года, проблема обеспечения устойчивости этих выработок остается по - прежнему актуальной.

Повышение эффективности шахтного строительства может быть достигнуто за счет создания и внедрения прогрессивных энерго - и ма-териалосберегающих технологий строительства горных выработок.

Крепление горных выработок является одним из самых сложных процессов при их строительстве. Трудоемкость и стоимость крепления составляют 40 - 60%; а иногда и более от общей трудоемкости и стоимости работ по строительству горной выработки. В связи с ухудшением горно - геологических условий строительства горных выработок, связанных в первую очередь с увеличением глубины ведения горных работ, метанообильности угольных пластов и вмещающих пород, несмотря на возросшую за последние годы в 1,4 раза металлоемкость крепи и широкое применение тампонажа закрегашго пространства; ежегодный объем перекрепления составляет 10 - 15% от общего объема вновь проводимых горных выработок, а в выработках глубоких шахт он доходит до 65%. Аналогичная картина наблюдается и в практике крепления горных выработок за рубежом. Так, на шахтах Германии с увеличением глуби-

ны разработки с 730 до 850 м расход стали на 1 м выработки возрос на 40% (с 320 до 450 кг) и имеет тенденцию к дальнейшему увеличению. Удельный вес затрат на ремонт выработок глубоких шахт в себестоимости товарного угля доходит до 14%.

В связи с этим перед угольной промышленностью России и других ведущих угледобывающих стран остро встал вопрос снижения материалоемкости применяемых конструкций крепи и в конечном итоге снижения себестоимости добычи угля.

Проектирование процесса крепления горных выработок в сложных горно-геологических условиях представляет процесс выявления соответствия технических решений горно - геологическим условиям и свойствам породных массивов, а также типам подготовки, способам воздействия на массив горных пород и способам строительства горных выработок.

В настоящее время, как в нашей стране, так и за рубежом проведено большое количество исследований в области создания различных конструкций крепей с широким диапазоном конструктивных параметров (несущая способность, податливость и т.д.) с использованием различных материалов. Это металл, бетон, железобетон, полимерные материалы и т.д. Одновременно совершенствуются старые и разрабатываются новые методы расчетов крепей с привлечением самых современных вычислительных машин и методик. Как показывает опьгг строительства горных выработок угольных шахт, при довольно частом и значительном изменении геомеханических условий необходима гибкая технология крепления горных выработок, которая бы давала возможность управления несущей способностью крепи по длине выработки с минимальными материальными и трудовыми затратами. В этой связи необходимы принципиально новые подходы к вопросу самой идеологии крепления.

В настоящее время капитальные горные выработки на всем своем протяжении крепятся в основном одним типом крепи, спроектированным задолго до начала строительства без учета часто изменяющихся горно - геологических условий. Протяженность современных капитальных горных выработок измеряется километрами, и вполне естественно, что прочностные и деформационные характеристики пересекающих выработку пород могут существенно изменяться даже в пределах одной лигологической разности. Это, в свою очередь, вызывает неравномерность смещений горных пород по длине выработки, когда они могут отличаться друг от друга на порядок и более.

Действующие в настоящее время нормативные документы по выбору типа конструкции крепи (СНиП - П. - 94 - 80, Руководство по про-

ектированию подземных горных выработок и расчету крепи. Методика Кузниишахтостроя) в принципе предусматривают дифференцированный подход к креплению отдельных участков выработки, имеющих более 30% отклонения прочностных свойств вмещающих пород, однако это условие не реализуется ввиду отсутствия обоснованных практических рекомендаций.

В последние годы зарубежными учеными был разработан, испытан и нашел довольно широкое распространение новоавстрийский способ туннелестроения (НАСГТГ), основанный на применении в качестве базовой конструкции - крепь из набрызгбетона с последующей установкой анкеров. В Московском государственном горном университете под руководством проф., докт. техн. наук Б. А. Картозия был разработан новый способ крепления горных выработок (а. с. № 1384772 ), который основывается на дифференцированном подходе к вопросам крепления горных выработок базовыми конструкциями с поэтапным их усилением.

Существенный вклад в решение проблемы проектирования и расчета крепи горных выработок и в формирование механики подземных сооружений внесли следующие отечественные и зарубежные ученые: Ю.Н. Айвазов, Ш.М. Айталиев, Б.З. Амусин, И.В. Баклашов, Ф.А. Бе-лаенко, А.А. Борисов, В.И. Борщ - Компанией, Н.С. Булычев, Ю.А. Векслер, А.Н. Воробьев, В.Т. Глушко, Г.И. Грицко, С.С. Давыдов, JI.A. Джапаридзе, А.Н. Динник, Ж.С. Ержанов, Л.М. Ерофеев, Ю.З. Заславский, В.Ю. Изаксон, В.Н. Каретников, В.Б. Клейменов, Г.А. Катков, Р. Квапил, A.M. Козел, И.Г. Косков, Г.А. Крупенников, В.В. Куликов, C.B. Кузнецов, М.В. Курленя, А. Лабасс, С.Г. Лехницкий, Ю.М. Либерман,

A.M. Линьков, В.Л. Маковский, А.П. Максимов, Л.А. Мирошникова,

B.М. Мостков, Л.Н. Насонов, Л.Н. Новикова, А.Г. Оловянный, С.А. Орлов, В.Л. Попов, М.М. Протодьяконов, А.Г. Протосеня, И.В. Родин, К.В. Руппенейт, Г.Н. Савин, В.Д. Слесарев, А.Н. Ставрогин, С.Б. Стажев-ский, О.В. Тимофеев, Н.Н. Фотиева, П.М. Цимбаревич, И.Л. Черняк, Л.Д. Шевяков, Е.И. Шемякин, А.П. Широков, Г.Г. Штумпф, В.И. Шейнин и др.

Анализ показывает, что более 75% капитальных горизонтальных горных выработок крепятся металлической арочной крепью из СВП. Однако перспективным является применение облегченных конструкций крепей, максимально использующих несущую способность окружающего выработку массива горных пород. Возможности расширения области применения традиционных крепей в сложных и изменяющихся горно -геологических условиях далеко не исчерпаны. Поэтому актуальной проблемой является разработка гибкой ресурсосберегающей технологии

крепления горных выработок, адаптирующейся к изменению геомеханической ситуации непосредственно в процессе строительства и дальнейшей эксплуатации. В качестве таковой следует рассматривать технологию крепления базовьми конструкциями крепей с последующим их усилением, то есть технологию крепления крепями с управляемой несущей способностью. Для этого необходимо не только продолжить исследования работы металлических арочных, тюбинговых и набрызгбстопных крепей с различными вариантами их усиления, но и всесторонне изучить взаимосвязь несущей способности различных конструкций крепей с их деформируемостью, а также усовершенствовать конструкции базовых крепей и технологию их возведения и в целом разработать направления создания технологии крепления крепями с управляемой несущей способностью.

2.

Экспериментальные исследования работы металлических крепей на стенде

Основной целью стендовых испытаний являлось:

• изучение общих закономерностей деформирования рамы крепи в целом, а также отдельных ее узлов и элементов;

• определение несущей способности податливых конструкций крепей в жестком и податливом режиме;

• установление взаимосвязей между несущей способностью крепей и деформацией их элементов;

• оценка надежности работы всей рамы крепи и отдельных ее узлов;

• определение возможности повторного использования крепи и отдельных ее элементов;

• выявление преимуществ и недостатков испытуемой крепи по сравнению с наиболее эффективными конструкциями крепей серийного производства с учетом величины несущей способности, податливости, технологичности изготовления, металлоемкости, массы крепи и отдельных ее элементов;

• оценка технологичности монтажа и демонтажа предполагаемых конструкций крепи.

Опытные образцы для стендовых испытаний изготавливались на заводах, специализирующихся на производстве металлических рамных

крепей, или на других предприятиях по технологии и с использованием оборудования и оснастки, аналогичных применяющимся на заводах -изготовителях, в соответствии с рабочими чертежами.

Схема нагружения рамы крепи разрабатывалась отдельно для каждого вида крепи в соответствии с условиями ее применения, но при отсутствии данных об ожидаемом распределении нагрузки на крепь и для определения предельных характеристик крепи основной схемой нагружения явились равномерно распределенная вертикальная нагрузка (по радиусу для арочных и кольцевых крепей) и жесткий горизонтальный отпор.

Образцы крепей первоначально испытывали в жестком режиме, а затем в податливом. Жесткий режим обеспечивался за счет V - образных вставок в узлы податливости или приварки упоров. Это давало возможность определить отношение несущей способности крепи в податливом режиме к ее предельной несущей способности.

Испытания крепей проводились на специально разработанном с участием автора универсальном стенде конструкции Кузниишахтостроя (Рис. 1 патент № 1782284).

Комплекс измерительно-регистрирующей аппаратуры и приборов, используемых при испытаниях, определялся методикой, разрабатываемой для каждого вида испытаний. Основными элементами измерительной системы являлись датчики сопротивления - тензометры. В качестве регистрирующих приборов использовали тензометр ическне системы СИИТ - 3, обеспечивающие автоматическую запись исходной информации. Статистическая обработка исходной информации осуществлялась с помощью ЭВМ.

Нагружение рамы осуществляли ступенями через 20 кН, на каждой ступени снимали показания приборов. Образцы крепи нагружали до исчерпания податливости или несущей способности в податливом режиме. Все последующие испытания образцов крепи производили в том же режиме нагружения, что и первое. После окончания испытаний каждого образца крепи в журнале наблюдений фиксировали все виды деформаций крепи и элементов - расширение или сужение профиля, образование трещин, задиров металла в местах соединений, характер пластических деформаций и места их образований и т.п.

Основным результатом стендовых испытаний крепи явилось установление работоспособности крепи и определение ее несущей способности в жестком и податливом режимах, а также при переходе в жесткий режим после исчерпания податливости. Для получения достоверных результатов проводили не менее трех испытаний каждой конструкции крепи.

Рис. 1. Схема испытательного стенда:

1 - опорная база; 2 - силовое устройство; 3 - опорная металлоконструкция; 4 - балка; 5 -каретка; 6 - опора для стоек; 7 - маслопровод для питания горизонтальных домкратов; 8 - маслопровод для питания вертикальных домкратов; 9 - сливной маслопровод; 10 - кабель для управляющего сигнала; 11 - измерительный кабель; 12 - гидрораспределитель; 13 - гидроаамок; 14 - ма-

Испытания показали, что прирост несущей способности крепи в жестком режиме после исчерпания ее податливости не превышает 20% от ее величины в податливом режиме. Установлено, что в момент перехода из податливого режима работы крепи в жесткий ее форма и геометрические размеры уже не соответствуют предъявляемым требованиям. Поэтому за несущую способность рамы крепи принимали величину нагрузок, полученную по результатам стендовых испытаний образцов крепи при которой крепь работала только в податливом режиме, что составляет около 80% от предельной несущей способности (в жестком режиме после исчерпания податливости) при которой рама крепи теряла устойчивость.

Проведены испытания четырех типоразмеров металлической арочной податливой крепи КМП - АЗУ 16 - 27, КМП - АЗУ 13 - 22, КМП - АЗУ 11 - 22, КМП - ДЗУ 10 - 22 по 5 рам для каждого типоразмера с замками ЗМК и с огибающей планкой. Результаты испытаний рам двух видов крепей КМП с замками ЗМК и с огибающей планкой приведены на графиках рис. 2.

В табл. 1 приведено сравнение результатов стендовых испытаний и справочных данных металлических арочных податливых крепей из которой видно, что существующие конструкции крепи и узлы податливости не обеспечивают требуемых параметров, приведенных в литературных источниках.

Таблица 1

Результаты испытаний и справочные данные

Сечение в свету, V Номер спецпрофиля Несущая способность, справочн./испытан., Р., кН Податливость, справочн./испытан., и, мм

10 17 200/180 300

10 22 260/250 300/101

13 22 260/230 300/179

16 27 290/270 300/220

Разрушение (отказы) элементов крепи при испытаниях имело следующий вид: разрыв хомута при хомуте с планкой - 5%; разрывы в верхних концах стоек для замков с планками - 60, а для замков без планок - 27 потеря устойчивости стенки верхняка в районе центрального домкрата при исчерпании несущей способности - 100%.

Рис. 2. Графини зависимости вертикальных смещений крепи КМП-АЗУ 16-27 (а) и КМП-АЗУ 13-22 (б) с замками с огибающей планкой (кривые 1,2,4) и ЗМК (.кривые 3,5) от вертикальной нагрузки

Рис. 3. Графики зависимости податливости от нагрузки для арочных крепей:

1 - А-10-14а Ст. 5; 3 - горячекатаная, А-10-16а;

- охлажденная, А-Ю-16а; 4 - термоупрочненная, А-10-16а

Проведет! испытания трех ввдов арочных крепей из СВПУ - 16 -5 рам из охлажденной стали, 4 рамы из термоупрочненной и 5 рам из горячекатаной стали. Результаты испытаний представлены в виде графиков на рис. 3.

По данным статистики около 12% горных выработок на угольных шахтах России приходится проходить по слабым пучащим породам, где нагрузка на крепь составляет 0,6 - 1,0 МПа. Для таких условий требуется применение жестких крепей с высокой несущей способностью. Рассматривая изученность вопроса крепления горных выработок в сложных горно-геологических условиях, следует отметить, что в отечественной и зарубежной практике существует целый ряд конструкций крепей из взаимозаменяемого профиля СВП с повышенной несущей способностью по сравнению с обычной податливой металлической крепью из СВП, а также разработаны новые типы узлов податливости, способствующие увеличению податливости металлических податливых крепей.

По вышеизложенной методике были испытаны следующие конструкции: арочная крепь с удвоенным верхняком длиной 1 = 2420 мм и I = 1735 мм; арочная жесткая крепь из СВП - 22; арочная металлическая крепь из СВП - 22 с замками податливости типов ЗПК и ЗМК; арочная

Рис. 4. Графики зависимости несущей способности арочных металлических крепей от площади поперечного сечения выработки:

1 - СВП-14; 6 - СВП-22 с замком Кузниишахтостроя;

2 - СВП-Г,'; 7 - СВП-22 с удвоенным верхняком длиной 1 = 1740 мм;

3 - СВП-16; 8 - СВП-22 с удвоенным верхняком длиной 1 = 2642 мм;

4 - СВП-22; 9 - СВП-22 с удвоенным верхняком на полную длину;

5 - СВП-27; 10 - СВП-27 в жестком режиме

металлическая крепь из СВП - 22 по типовому проекту, с плоской планкой. Результаты испытаний приведены на графиках рис. 4.

Испытания показали, что при сечении выработок в свету 5 = 13,5 м2при одинаковой схеме испытаний несущая способность арочной крепи из СВП - 22 по типовому проекту составляет 286 кН, с замками податливости типа ЗПК 330 кН, с усиленными замками конструкции Кузниишахтостроя - 410 кН, жестких арочных крепей из одинарного спецпро-

филя - 610 кН и удвоенного - 1215 кН, податливой крепи с удвоенным верхняком - 571 кН. С целью количественной оценки несущей способности различных конструкций арочной металлической крепи из взаимозаменяемого спецпрофиля выполнен корреляционный анализ результатов стендовых испытаний.

В процессе анализа исследовались зависимости несущей способности арочных металлических крепей от размеров поперечного сечения выработок и типа спецпрофиля.

В результате обработки экспериментальных данных методами математической статистики установлено, что кривые функции Р =f(Sce) аппроксимируются уравнением вида:

о ах

<!>

которые могут быть использованы в конкретных инженерных работах при выборе крепи по методике, изложенной в главе 4. Входящие в формулу (1) коэффициенты приведены в табл. 2.

Таблица 2

Для крепи из профилей а Ъ Дисперсия

СВП -14 128,1 -2,99 4,75

СВП-16 130,85 -3,53 18,21

СВП -17 126,95 -3,28 0,72

СВП - 22 183,02 -2,65 1,07

СВП - 27 223,6 -2,6 0,28

СВП - 22 с замком Кузниишахтостроя 320,38 -2,61 26,47

СВП - 22 с удвоенным верхняком, длиной 1=1740 340,53 -2,43 7,50

СВП - 22 с удвоенным верхняком, длиной 1=2642 372,7 -1,98 1,42

СВП - 22 с удвоенным верхняком на полную длину верхняка 478,48 -1,83 0,43

СВП - 27 в жестком режиме 499,67 -2,3 6,70

3.

Лабораторные исследования работы крепи ГТК на моделях из эквивалентных материалов

Одним из эффективных способов, обеспечивающих значительное снижение затрат на сооружение и поддержание капитальных горных выработок при одновременном обеспечении устойчивого состояния выработки, является создание комбинированных многослойных конструкций крепей.

Одним из вариантов этого вида крепи является сборная железобетонная тюбинговая крепь (ГТК) в сочетании с тампонажем закрепнош пространства. С целью изучения работы такой крепи проведены исследования в лабораторных условиях методом моделирования.

Выбор эквивалентного материала модели для моделирования горной породы по прочностным свойствам осуществляли в соответствии общепринятыми критериями подобия.

Выработку моделировали в геометрическом масштабе М 1:20. При выбранном масштабе первоначальная нагрузка, создаваемая домкратами пригрузки, подобна величине уН в натуре, тогда нагрузка на модели определялась, как

Р Еи=А_. (2)

т 1./1 20/1

Характеристики прочности подобранного эквивалентного материала в значительной степени зависят от способа уплотнения и величины нагрузок, поэтому определение предела прочности образцов производили после их уплотнения нагрузками, равными предварительным напряжениям в модели, т.е. (0,5 - 3)-105 Па. Как показали лабораторные испытания, по физико-механическим свойствам наиболее подходящим эквивалентным материалом является огнеупорная глина с 23,5% - ным содержанием влаги. Определение предела прочности материала на срез и модуля упругости проводили на образцах цилиндрической формы диаметром 56 мм и высотой 20 мм при помощи односрезного прибора П10С. По результатам испытания на срез был построен график, служащий паспортом прочности эквивалентного материала. Всего было испытано по 7 - 8 образцов для каждой нормальной нагрузки. Коэффициент сцепления эквивалентного материала, подвергавшегося предварительно уплотняющей нагрузке до 3,0-105 Па, равен 0,48-105 Па. Стабильность

физико-механических свойств материала достигалась предварительным обжатием образцов в течение 20 - 30 мин нагрузками, равными 3,0-105 Па. Подобранный эквивалентный материал позволял имитировать слабые породы в масштабе М 1:20 со следующими фйзико - механическими характеристиками в пересчете на натурные данные: С= 9,4-105 Па, Ф° = 12° 30', гср=10 - 22-Ю5 Па.

Исследования работы сборной многошарнирной крепи при забутовке закрепного пространства мелкой породой, с тампонажем закреп-ного пространства, а также распределение напряжений в массиве модели без крепи проводили на специально сконструированном испытательном стенде,, который позволял создавать в массиве плоско-деформированное состояние с любым соотношением вертикальных и горизонтальных напряжений.

Напряжение в массиве в процессе исследований регистрировали с помощью микродатчиков конструкции ОАО "Кузниишахтострой". Микродатчик состоит из двух грузовых площадок (диаметр 26 мм, площадь сечения 5,31 см). Одна из площадок служила крышкой, другая - днищем датчика. В крышке установлен шток, который при нагрузке давит на упругую пластину с наклеенными тензодатчиками с базой 10 мм и сопротивлением 100 ом. Тензодатчики сопротивления соединены между собой в полумост, включаемый в цепь цифрового измерителя деформаций ИДЦ 1. Перед помещением в модель микродатчики тарировали на рычажном прессе. Во время изготовления модели в массив кровли и бока выработки закладываются репера для измерений смещений массива, а по вертикальной и горизонтальной осям симметрии - микродатчики для измерения нормальных сЮ (тангенциальных) и стг (радиальных) напряжений.

Гладкостенную тюбинговую крепь ГТК моделировали криволинейными блоками, изготовленными из органического стекла толщиной 10 мм, шириной 35 мм, длиной 85 мм, что соответствует тюбингу в натуре в масштабе М 1:20. В модели выработка крепится 8 кольцами крепи с выположенным обратным сводом. Для измерения напряжений в блоках крепи применяли метод тензометрии. На каждый блок (тюбинг) попарно наклеивали три тензодатчика сопротивления с базой 10 мм. Для того чтобы определить напряжения в сечениях тюбинга, производили тарировку' тензодатчнков специальным прибором, в результате чего определяли коэффициент тарировки, устанавливающий взаимозависимость между относительной деформацией и изменением сопротивления тензодатчнков.

Нагрузку на крепь выработки определяли по методике проф., д.т.н. Г. А. Каткова. !

Подготовленную к испытаниям модель дополнительно нагружали при помощи гидродомкратов до давления 20 - 40 атм. и выдерживали в течение 3-5 часов до полного прекращения смещений, т.е. до полного уплотнения материала.

После выдержки материала модели измеряли напряжения нетронутого массива, а затем с помощью специального приспособления проводили выработку диаметром 29 см и снова измеряли напряжения в массиве. После этого в выработке устанавливали крепь.

Для определения распределения напряжений в массиве и сравнения их с результатами теоретических исследований применительно к упругим и упругопластическим средам исследованы модели без крепи. Образование зоны неупругих деформаций в модели наступало на расстоянии 0,26 м от центра выработки, что соответствует 0,9R от контура выработки. При этом почти полное совпадение размеров предельных кругов Мора в паспорте прочности эквивалентного материала с величинами напряжений а9 и or подтверждает правильность выбора эквивалентного материала и выбранных критериев моделирования.

При моделировании работы многошарнирной крепи с забутовкой закрепного пространства мелкой породой после сооружения выработки модель крепи, состоящая из блоков, устанавливалась в подготовленную полость отдельными кольцами. Кольцо после его установки тщательно заполнялось мелкими кусками сухой неупругой глины. Тензометриче-ские элементы крепи устанавливались в центре модели двумя полными кольцами.

Для оценки несущей способности системы "крепь - забутовка -массив" нагружение массива модели осуществляли ступенчато, вплоть до разрушения крепи. Ступень нагружения модели равнялась 0,56-105 Па. С целью исключения явления ползучести эквивалентного материала после каждого нагружения модель выдерживали под этой нагрузкой в течение 25 - 30 мин и только после этого производили замер напряжений в модели и в элементах крепи.

В результате испытания данной модели крепь потеряла свою устойчивость при внешней нагрузке: по вертикальной оси Р= 1,68-105 Па, по горизонтальной оси Р= 1,12-Ю5 Па. Коэффициент бокового давления при этом составил к= 0,66. Максимальные напряжения в массиве на контуре выработки составили: в кровле стг=0,4-10 Па, а9 = 2,0-105 Па.

На графиках распределения напряжений в массиве на момент разрушения крепи (рис. 5, а) видно, что напряжения на контуре выработки в момент потери ее устойчивости выросли на 0,2-105 Па, то есть на 10% по сравнению с незакрепленной выработкой, в то же время размер зоны неупругих деформаций уменьшился на 8 см, или на 32,5%.

Рис. 5 . Графики распределения напряжений в массиве,

закрепленной многошарнирной крепь» с забутовкой закрепного пространства мелкой породой (а) и тампонажом (б)

В соответствии с методикой проведения исследований одновременно с измерениями напряжений в массиве модели проводили измерения напряжений в элементах крепи на каждой стадии (ступени) нагру-жения модели: I ступень 1,12-Ю5 Па/ 1,12-Ю5 Па, X = 1; II ступень 1,68-Ю5 Па/ 1,12-Ю Па, X = 0,66. Разрушение модели произошло на П ступени нагружения. При моделировании работы многошарнирной крепи с тампонажем закрепного пространства аналогично предыдущей модели при ее испытании измеряли напряжения в массиве до нагрузки на модель, равной ат= 2,24-105 Па/ 1,12-Ю5 Па. Коэффициент бокового давления при этом составил 0,44. Как показывают результаты расчетов, наиболее благоприятные условия работы многошарнирной крепи достигаются при коэффициенте бокового давления А,=1. В данном случае многошарнирная крепь находилась в менее благоприятных условиях, чем в предыдущем случае, так как при испытании крепи с забутовкой породной мелочью Х= 0,66. В отличие от модели крепи с забутовкой закрепного пространства породой в данном случае разрушение крепи не наблюдалось даже при приложении к ней нагрузки со стороны массива, превышающей прежнюю на 34% (максимальные напряжения на контуре выработки в боках составили ЗД-105 Па) без образования зоны неупругих деформаций. Измерение напряжений в крепи показывает, что тампонаж закрепного пространства обеспечивает более равномерное распределение нагрузок по периметру крепи, чем при креплении выработок с забутовкой мелкой породой. Графики распределения напряжений в массиве приведены на рис. 5.

Результаты измерений нагрузок на крепь в модели и натурных условиях, описанные в разделе 4, приведены в табл. 3.

Таблица 3

Результаты измерений нагрузок на крепь

Место проведения измерений Средняя нагрузка крепь (10) Па Рт/Рз

С тампоножем закрепного пространства при нагрузке на модель, Рт=2,24 10* Па С забутовкой породной мелочью при нагрузке на модель, Рт= 1,68-105 Па

В модели:

в кровле 1,66 0,68 2,44

в боках 2,65 1,51 1,77

в почве 1,51 1,39 1,08

по перимег-РУ 1,96 1,19 1,63

Продолжение таблицы 3

Место проведения измерений Средняя нагрузка крепь (10) Па Рт/Рз

С тампоножем за-крепкого пространства при нагрузке на модель, Рт-2,24-101 Па С забутовкой породной мелочью при нагрузке на модель, Рт-1,68101 Па

В натуре:

при Х=0,8 0,12 0,055 2,18

при Я.=0,6 0,24 0,1 2.4

при Х-0,4 0,5 0,24 2,08

4.

Экспериментальные исследования работы крепей в натурных условиях

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, принят критерий устойчивости п, предложенный проф., д.т.н. Ерофеевым Л.М. и основанный на сопоставлении максимальных напряжений на контуре выработки с прочностными характеристиками массива, окружающего горную выработку, который выражается в виде

п = (3)

2

где И«« - средневзвешенный предел прочности пород при сжатии, МПа; Т1 - коэффициент структурного ослабления; % - коэффициент длительной прочности пород; кг - коэффициент, учитывающий обводненность выработок; ч - напряжения нетронутого массива, МПа; к! - коэффициент, учитывающий форму выработки; кВ1,2 -коэффициенты, учитывающие влияние соседних выработок и влияние очистных работ.

Для решения поставленной задачи по установлению закономерностей совместного деформирования системы "крепь ГТК - забутовка -

массив" и системы "крепь ГТК - тампонаж - массив" в натурных условиях были проведены инструментальные наблюдения на 12 комплексных измерительных станциях по измерению смещений массива горных пород и нагрузок на крепь, которые оборудовались глубинными реперами и специально разработанными динамометрическими крепями (а. с. № 310052).

Исследования проводились в следующих горно - геологических условиях: глубина заложения выработок от 345 до 600 м, прочность вмещающих пород 12,9 - 62,0 МПа.

Замерные станции устанавливались на тюбинговой крепи вслед за подвиганием забоя. Тампонаж закрепного пространства цементно -песчаным раствором осуществлялся через 30 - 35 суток со времени установки крепи. Как показали результаты исследований, за этот период времени в выработках, закрепленных крепью ГТК, смещения массива реализуются на 40 - 80% в зависимости от горно - геологических условий, а после производства тампонажных работ практически прекращаются.

Обработка результатов экспериментальных исследований методами математической статистики позволила получить зависимости смещений массива горных пород в выработках, закрепленных крепью ГТК с забутовкой породной мелочью, с тампонажем закрепного пространства, а также зависимость нагрузок на крепь от принятого критерия устойчивости:

где и3, Р3 - соответственно смещения массива и средняя нагрузка на крепь ГТК с забутовкой породной мелочью; С/г - смещения массива при креплении крепью ГТК в сочетании с тампонажем закрепного пространства.

Графики смещений массива в зависимости от п (3) представлены на рис. 6.

За время поддержания выработки до производства тампонажных работ реализуется так называемая технологическая податливость за счет смещения и уплотнения забутовки закрепного пространства. После производства тампонажа образуется двухслойная конструкция, которую можно рассматривать как жесткую комбинированную крепь.

из=2285,5 п - 2955,9 п + 1008,3 мм ; 11т= - 52,2 п - 67,3 ^п + 131,09 мм; Р3= - 0,35 1пп-0,072 МПа,

(4)

(5)

(6)

jao 250 200 . 150 100 50 О

Рис. 6. Графики смещений массива горных пород в зависимости от критерия устойчивости

6' • V> J W

\ и}.апг а*22 +tn*c 8 5.5

• \ б *-21 с* 101 155.9 1М

У. I II-1

Ur'on< а Ч tVn* *-52.2 £-57.1 щ С \ 5 \

1J/.09 V о/ Хг

"Г1 12

0.2 OA 0.6 0.8 п

Для определения величины технологической податливости ит, которая реализуется за время отставания тампонажных работ с момента установки крепи, экспериментальные данные были обработаны методами математической статистики. Установлено, что кривые роста смещений массива и нагрузок на крепь во времени при различных значениях критерия устойчивости могут быть аппроксимированы следующими уравнениями:

0,9t

Р =---:-—-Мпа, (7)

(2519,3n2-944,4n + 109,4) + (33,8n2-4678n + 0,89)t

UT =-----мм.(8)

(-0.238П +0,49п -0,03) + (0,00121п2 +0,003п +0,00015)t

Выражения (7) и (8), полученные на основании результатов экспериментальных исследований, дают возможность оценить не только величину ожидаемых смещений и нагрузок на крепь ГТК в любой момент времени, но и рациональные сроки начала выполнения работ по тампонажу закрепного пространства, исходя из технологических параметров проведения горной выработки.

Натурные исследования работы металлических крепей осуществлялись на участках людского и путевого уклонов, вскрывающих пласт 34 "Тагарышский" на участке Казанковском шахты им. Орджоникидзе АО "УК "Кузнецкуголь" Ерунаковского угольного района Кузбасса, вентиляционного уклона шахты им. Ленина в районе посадочных станций, северного полевого штрека Листвянского шахтоуправления в Кузбассе.

Крепление выработок в сложных горно - геологических условиях (коэффициент устойчивости изменялся от 0,16 до 0,5) осуществлено двойным профилем СВП - 27 с тампонажем закрепного пространства.

Для обоснования параметров конструкции крепи был проведен расчет крепи по методикам ТулПИ и Кузниишахтостроя по программе \JZLY с использованием универсальных уравнений метода начальных параметров в сочетании с методом укрупненных круговых и прямолинейных конечных элементов на ЭВМ.

По результатам натурных исследований установлена корреляционная зависимость смещений контура выработок и нагрузок на крепь от коэффициента устойчивости во времени, которая аппроксимируется выражением

Р(0 =-5---5-мпа. (9)

(39,82п -11,2п +1,88)1 + (1260,8п2 -111,76п - 7,66)

На всех вышеперечисленных участках определение параметров крепи осуществлялось с учетом результатов ее стендовых испытаний, приведенных в разделе 2.

Натурные исследования технологии возведения набрызгбетонной крепи проведены на двух участках обгонной ветви околоствольного двора гор. - 160 м ш. "Капитальная" УК "Кузнецкуголь". Сечение выработки в свету 17,3 м2, глубина заложения 535 м. Выработка пересекает пласты песчаника (/=6 - 8), алевролита (/= 5), аргиллита (/=3-4), угля (/= 0,5 - 1,0). Водоприток - не более 3 м3 /ч. Угол падения пород - 20 - 25°. Сделаны расчеты крепи на опытных участках и разработана технология крепления.

Опытный участок №1 длиной 10 м находился между пластами Кз и Кз - К4 пройден в алевролитах, закреплен металлической арочной крепью из СВП - 27, расстояние между рамами 0,5 м, затяжка в кровле железобетонная, по бортам - арматурная сетка d = 8 мм, шаг 100x200 мм. Набрызгбегон наносился между рамами по сетке толщиной 50 - 60 мм. Опытный участок №2 дайной 10 м пройден по песчаникам (/=6-8), был закреплен металлической арочной крепью из СВП - 22, расстояние между рамами 1,0 м, затяжка - арматурная сетка, класс А - III, d= 8,0 мм, шаг 100x200. Между рамами устанавливались по четыре анкера длиной 2 м в кровле выработки и наносился слой набрызгбетона толщиной. 30 - 40 мм по всей арматурной сетке.

На указанных участках испытывалась разработанная в Кузнии-шахтострое установка УНБ - 1 и предложенные конструкции сопел. Для контроля за состоянием крепи были заложены реперные станции. Велось непрерывное наблюдение за смещениями крепи. Наблюдения показали, что внешне крепь осталась без деформаций, трещины отсутствуют, вывалов нет. Максимальные смещения по высоте достигли 40 мм, на-хлест увеличился максимум на 60 мм, то есть, в целом, смещения крепи находятся в допустимых пределах. Состояние крепи говорит об удовлетворительной ее работе.

5.

Обоснование параметров базовых конструкций крепей, крепей усиления и разработка средств т возведения

Выбор рамных металлических крепей осуществляется на основе вышеприведенных результатов их стендовых испытаний и натурных исследований. Устойчивость породного массива оценивается коэффициентом устойчивости, определяемым по формуле (3). Нагрузка на крепь во времени определяется по формуле (9), а смещение массива горных пород по формуле (8). Несущая способность крепи определяется по графикам рис. 4 для конкретных горно - геологических условий. Количество рам на 1 м длины выработки определяется по формуле Ыр^Р/Рк, где Р - ожидаемая нагрузка на крепь, а Рк - несущая способность спецпрофиля.

Расчет анкер - металлической крепи осуществляется методом начальных параметров с использованием разработанной в МГГУ программы МКПОНУ, а также разработанной в Кузниишахтострое методики, включающей расчет комбинированной крепи как элементов многослойной конструкции, моделирующих соответственно металлическую

крепь, анкера, межрамные стяжки и вмещающий массив. В качестве инженерной приближенной методики использовалась также методика Кузниишахтостроя, основанная на прогнозировании проявлений горного давления.

Рекомендуемые параметры анкер - металлической крепи приведены в табл. 4.

Таблица 4

Параметры анкер - металлической крепи для различных горно - геологических условий

Коэффициент устойчивости Условные обозначения Номер спецпрофиля (СВП), количество рам на 1 м выработки (Ы), длина (1) и количество анкеров (К'а), порядок их установки (И) при площади сечения выработки в свету до осадки, м3

8,0-8,5 9,0 ¡2,9- 13,7 16.2-16,6 19,2

0,3-0,39 СВП 17 17 27 27

N 1,0 1,25 1,25 1,25

1 1,6 1,6 1,8 2,0

Иа 4 4 5 7

П 1,2,4,5 1,2,4,5 1,2,3,4,5 1,2,3,4,5,6,7 --

0,4-0,49 СВП 17 17 22 27 27

N 1,0 1,0 1,0 1,0 1,25

1 1,6 1,6 1,8 2,0 2,2

Ыа 3 3 4 5 7

П 1,3,5 1,3,5 1,2,4,5 2,3,4,5,6 1,2,3,4,5,6,7

0,5-0,8 СВП 17 17 22 27 27

N 0,85 0,85 1,0 1,0 1,25

1 1,6 1,6 1,8 2,0 2,2

т 3 3 3 4 7

п 1,3,5 1,3,5 2,3,4 2,3,4,5,6 1,2,3,4,5,6,7

С увеличением глубины горных работ и необходимостью вскрытия месторождений со слабыми вмещающими породами проблема безремонтного поддержания горных выработок в сложных горно - геологических условиях становится особенно актуальной. Основные причины неудовлетворительного состояния горных выработок в этих условиях -недостаточная грузонесущая способность существующих конструкций

крепей и непрекращающиеся сдвижения вмещающих пород. В таких условиях нагрузки на крепь достигают 0,6 - 1,0 МПа. Наиболее эффективной при этом является сборная железобетонная гладкостенная тюбинговая крепь. Институтом "Кузниишахтосгрой" совместно с Центро-гипрошахтом ранее были разработаны типовые проекты крепления горных выработок сборной железобетонной гладкосгенной тюбинговой крепью, причем крепь была рассчитана на нагрузку 0,1; 0,2; 0,3 и 0,4 МПа для сечений выработок в свету от 9,4 до 22,2 м2 с шириной тюбингов 0,75 м. Крепь возводится вслед за подвигакием забоя (без применения временной крепи) крепеукладчиками К - 1000 и ТУ - Зр. Тюбинги смежных арок устанавливаются с перевязкой горизонтальных швов и скрепляются специальными монтажными болтами.

В настоящее время на шахтах Кузбасса и Карагандинского угольного бассейна закреплено крепью ГТК около 100 км капитальных горных выработок. В том числе на шахтах Караганды закреплены опытные участки усиленной тюбинговой крепью ГТК с несущей способностью 0,6 МПа. После трех лет эксплуатации крепь находится в хорошем состоянии.

Тюбинговая крепь по степени жесткости относится к шарнирной геометрически изменяемой системе. Однако во многих случаях геометрическая изменяемость, по существу, играет роль податливости, что позволяет расширить область применения крепей. Податливость системы "крепь - забутовка - массив" может быть достигнута за счет введения элементов податливости в крепь или за счет податливой забутовки. При креплении выработок на шахтах "Аижерская" и "Абашевская" (Кузбасс) была выполнена податливая забутовка путем укладки в закрепное пространство бумажных мешков с котельным шлаком.

На основании выполненных в Кузниишахтострое аналитических и экспериментальных исследований установлено, что нагрузка на тюбинговую крепь при заполнении закрепного пространства породной мелочью в зависимости от коэффициента устойчивости определяется выражением (6).

По полученному расчетному давлению определяют требуемую удельную несущую способность крепи Р,. При этом округляют ее в большую сторону со следующими интервалами: ОД; 0,2; 0,3 МПа. При Рр> 0,3 МПа тюбинговую крепь рекомендуется применять в сочетании с тампонажем закрепного пространства.

Тампонаж закрепного пространства по технологическим причинам обычно производится на некотором расстоянии от забоя. За время поддержания выработки до начала проведения тампонажных работ реа-

лизуется так называемая технологическая податливость крепи. После производства тампонажных работ образуется трехслойная конструкция, которую можно рассматривать как жесткую комбинированную крепь, состоящую из сборной тюбинговой крепи ГТК, тампонажного слоя и массива горных пород.

Величина технологической податливости и и, (мм), которая реализуется за время отставания тампонажных работ с момента установки крепи при различных значениях критерия устойчивости л, определяется уравнением (8), где время г отсчитывается с момента установки крепи до начала проведения тампонажных работ.

Нагрузки на крепь выработки после выполнения тампонажных работ определяется по формуле

Ррт=1,2Р3_ (10)

Расчет крепи с высокой несущей, способностью основан на применении метода начальных параметров к расчету стержневых систем и выполнен по программе Тульского политехнического института с учетом экспериментальных исследований, проведенных в АООТ "Кузниишахтострой". На основе многолетней практики проектирования и эксплуатации сборных железобетонных крепей в условиях Кузбасса разработан инженерный метод их расчета. В основу метода положены следующие предпосылки: перемещения крепи под нагрузкой незначительны и не оказывают заметного влияния на перераспределение усилий; стыки элементов заменяются идеальными шарнирными; наличие болтовых соединений между смежными арками крепи и перевязка горизонтальных стыков между соседними арками не учитываются.

Расчетная схема крепи при определении усилий в крепи от вертикальной и горизонтальной равномерно распределенной активной интенсивности нагрузки представляет собой многошарнирную арку, оказывающую упругое сопротивление деформациям.

На основе выполненных лабораторных натурных экспериментальных исследований и результатов расчета разработана номограмма для определения технологических параметров применения крепей, представленная на рис. 7. Номограмма позволяет определить нагрузку на крепь Р, смещения и и отставание / тампонажных работ от забоя выработки в зависимости от коэффициента устойчивости я.

Технологию крепления горных выработок гладкостенной тюбинговой крепью в сочетании с тампонажем за крепкого пространства можно рассматривать как два технологических процесса - крепление тюбинговой крепью и тампонаж закрепных пустот твердеющими растворами.

Рис. 7. Номограмма для определения технологических параметров применения крепей капитальных горных выработок

- металлическая арочная крепь из СШ;

---- гладкостенная тюбинговая крепь ГТК

Согласно технологии, крепление тюбинговой крепью осуществляется в грудь забоя, закрепное пространство при этом заполняется породой. Тампонаж закрегшого пространства производится с отставанием от забоя на 80 - 100 м. Отставание тампонажных работ от забоя обусловлено

тем, что до начала тампонирования реализуется так называемая технологическая податливость тюбинговой крепи. После производства там-понажных работ комбинированная крепь работает в жестком режиме. Величина отставания от забоя зоны тампонирования также определяется из условия независимости работ по тампонажу от работ, производимых непосредственно в забое. Все процессы по монтажу тюбинговой крепи выполняются тюбингоукладчиками типа ТУ - 3 или краном К -1000.

В Кузбассе применяется тампонаж закрепного пространства це-ментно - песчаным раствором, однако, как правило, он выполняется в тех случаях, когда крепь по каким - либо причинам начинает разрушаться. Для решения вопросов забутовки закрепного пространства в период проведения выработки необходимо более широкое внедрение существующих рекомендаций по расширению объемов применения тампонажа. Тампонаж закрепного пространства обеспечивает надежный контакт крепи с породой, упрочняет приконтурный массив и, наконец, способствует образованию дополнительной несущей оболочки из сцементированных кусков забутовочного слоя. Все это в конечном счёте значительно увеличивает несущую способность системы "крепь - забу-товочный слой - массив".

ОАО "Кузниишахтострой" провел исследования технологии возведения крепи ГТК вслед за подвиганием забоя под влиянием взрывных работ. Инструментальный метод включал в себя измерения деформаций арок крепи и вертикальных смещений элементов. Исследования показали, что, взаимные смещения смежных арок незначительны и не влияют на несущую способность крепи.

Установка гладкостенной тюбинговой крепи вслед за подвиганием забоя исключает из проходческого цикла операции по установке и снятию временной крепи, за счет чего значительно снижаются трудовые и материальные затраты и обеспечивается максимальная безопасность работ, так как работы по сооружению выработки ведутся под защитой постоянной крепи.

Технология и организация работ по креплению выработок крепью ГТК с тампонажем закрепного пространства не отличаются ничем от технологии крепления в обычных условиях, за исключением того, что периодически в процессе крепления следует создавать закрепные там-понажные перемычки, которые определяют границы тампонажных за-ходок. Длина заходки определяется горно - геологическими условиями, наличием куполов, расположением сопряжений и колеблется в пределах 30 - 50 м. Закрепные тампонажные перемычки устанавливают вслед за

подвиганием забоя в процессе возведения крепи путем создания в за-крепном пространстве бетонных, породо - бетонных или чураковых на цементно - песчаном растворе полос.

Расход тампонажных материалов по результатам исследований и натурных наблюдений приведен в табл. 5.

Таблица 3

Расход тампонажных материалов и растворов на 1 м длины выработки

Радиус тюбин га, м Расчетная нагрузка, МПа Площадь поперечного сечения выработки. Расход раствора (объем закрытых пус- Расход материалов для раствора состава Ц:П:В=1:3:2

в свету в проходке ■ упот), м ' цемент, кг песок, кг вода, л

1 1 3 4 5 6 7 8 ...

Незамкнутая тюбинговая крепь арочной формы

2,2 0,1 9,4 11,3 2,26 676 2028 1288

2,2 0,2;0,3 9,4 11,9 2,38 712 2135 1357

2,2 0,1 11,1 13,1 2,62 783 2350 1493

2,2 0,2-,0,3 11,1 13,7 2,74 819 2458 1562

2,7 0,1 13,5;14,1; 14,6 16,3 3,26 975 2924 1858

2,7 0,2;0,3 13,6;14,1; 14,6 16,7 3,34 999 2996 1904

2,7 0,1 15,8 18,6 3,72 1112 3337 2120

2,7 О,2;0,3 15,8 19,0 3,8 1136 3409 2166

3,0 0,2;0,3 17,2 20,6 4,12 1232 3696 2348

3,0 0,2;0,3 19,9 23,5 4,7 1405 4216 2679

3,0 0,2;0,3 22,2 25,9 5,18 1548 4646 2952

Продолжение таблицы 5

Радиус тюбин га, м Расчетная нагрузка, МПа Площадь поперечного сечения выработки, Расход раствора (объем за-крепных пус- Расход материалов для раствора состава Ц:П:В=1:3:2

в свету в проходке тот), м' цемент, кг песок, кг вода, л

1 2 3 4 5 6 7 8

Замкнутая тюбинговая крепь кольцевая и с выположенным обратным сеодом

2,2 0,4 11,0 18,1 3,62 1082 3247 2063

2,7;3,0 0,4 13,6;14,1 23,3 4,46 1393 4180 2656

Конструктивные параметры набрызгбетонной крепи, полученные с учетом результатов выполненных лабораторных стендовых и натурных исследований, приведены в табл. 6, а параметры анкер - набрызгбетонной крепи - в табл. 7. В качестве анкеров могут быть эффективно использованы железобетонные анкеры Кузниишахтостроя (а. с. №622984, 769000). Для возведения набрызгбетонной крепи разработаны установка УНБ - 1 и конструкции нагнетательных сопел (положительное решение по заявке №95113045/03).

В целом, результаты исследований работы отдельных типов крепей и анализ других известных конструкций позволили разработать классификацию конструкций базовых крепей.

В качестве базовых крепей с управляемой несущей способностью в зависимости от величины минимальных смещений контура выработки по ее длине и в соответствии с классификацией рекомендуются следующие.

Анкерная крепь. Условия применения: категория устойчивости «=0,8 - 0,9; конструктивная податливость £/=10 - 80 мм; несущая способность определяется плотностью установки и конструкцией анкеров. Площадь поперечного сечения выработки в свету: 5'се=4,5 - 25 м2; площадь поперечного сечения в проходке: $„Р~4,5- 25 м2, I

Набрызгбетонная крепь. Условия применения; категория устойчивости «=0,7 - 0,8; конструктивная податливость 11=до 90 мм; несущая способность до 0,05 МПа. Площадь поперечного сечения выра-

ботки в свету: .SCÍ=+,5 - 25 м2.; площадь поперечного сечения в проходке: £„,=5,0 - 25,9 м2.

Трехзвенная металлическая арочная крепь. Условия применения: категория устойчивости п=0,5 - 0,7; конструктивная податливость С/=300 - 400 мм; несущая способность: 260 - 350 кПа (жесткий режим), 140 - 220 кПа (податливый режим). Площадь поперечного сечения выработки в свету: £„=6,4 - 17,2 м2; площадь поперечного сечения в проходке: S„p-8,2 - 20,8 м2.

Кольцевая металлическая крепь. Условия применения: категория устойчивости «=0,3 - 0,4; конструктивная податливость í/=300 - 350 мм; несущая способность: 250 - 400 кПа (жесткий), 150 - 250 кПа (податливый). Площадь поперечного сечения выработки в свету: Sce= 6,5 -15,3 м2; площадь поперечного сечения в проходке: Snp=$,6 -23,2 м2.

Металлическая арочная крепь с обратным сводом. Условия применения: категория устойчивости и=0,3 - 0,4; конструктивная податливость (/=350 - 500 мм; несущая способность до 500 кПа. Площадь поперечного сечения выработки в свету: S„ = 6,4 - 17,2 м2; площадь поперечного сечения в проходке: S„p=&,2 - 20,2 и2.

Монолитная бетонная крепь. Условия применения: категория устойчивости л>0,25; конструктивная податливость U == 10 - 50 мм; несущая способность: 0,1 - 0,5 МПа. Площадь поперечного сечения выработки в свету: Sce=5,0 - 15,4 м2; площадь поперечного сечения в проходке: S„= 6,8 - 20,8 м2.

Таблица б

Параметры набрызгбетонной крепи

Сечение выработки в свету, л/ Ширина выработки, м Коэффициент устойчивости

1-0,8 0,7-0,79 0,6-0,69 0,5-0,59

Нагрузка на крепь, МПаГГолщина крепи, мм

6,8 3,0 0,025/40 0,05/60 0,10/80 0 ДО/150

9,9 4,0 0,03/60 0,08/100 0,15/130 0,35/250

15,4 5,41 0,05/100 0,10/150 0,20/200 0,45/350

ОЧ

Продолжение таблицы 6

Параметры анкер - набрызгбетонной крепи

Сечение выработки в свету, ** Длина анкеров, м Количество анкеров в сечении, ит Толщина набрызгбетона, мм

Коэффициент устойчивости

0,50,59 ; 0,6-1 0,69 0,70,79 0,81.0 0,50,59 0,6-0,69. 0,70,79 0,81.0 0,50,59 0,60,69 0.70,79 0,81.0

6,8 1,8: 1,8 1,6 1,6 5 5 4 4 50 50 30 30

10,0 : и»: ,1,8 1,6 1,6 6 6 5 5 60 60 30 30

ыа 2,0 2,0 1,8 1,8 7 7 . 5 5 70 60 30 30

14,4 2,0 2,0 1,8 1,8 8 8 • : 6 6 80 70 50 30

17,3 2,0 4 30

Крепь ГТК Условия применения: категория устойчивости л=0,3 -0,7; конструктивная податливость до 180 мм; несущая способность: 0,1 -0,6 МПа. Площадь поперечного сечения выработки в свегу: S„= 9,4 -22,2 м2; площадь поперечного сечения в проходке: Snp= 11,3 - 25,9 м2.

В качестве крепи усиления в зависимости от принятой базовой крепи и величины максимальных смещений контура выработки по ее длине следует применять набрызгбегонную и анкерную крепи, тампонаж закреиного пространства, упрочнение пород, омоноличивание арок.

Основными критериями при выборе базовой крепи и крепи усиления являются их сочетаемость друг с другом по условиям совместной работы и технологичности возведения, а также обеспечение устойчивости выработки при наименее благоприятных геомеханических условиях по ее длине и перекрытие параметрами КУНС всего возможного диапазона изменения смещений контура выработки. Область применения того или иного варианта определяется минимальными и максимальными допустимыми смещениями.

6.

Разработка основных направлений создания технологии крепления горных выработок крепями с управляемой несущей способностью

Прототипом предлагаемого подхода к решению вопросов крепления капитальных горных выработок на основе применения басовых крепей, в качестве которых могут служить набрызгбетонные, металлические, сборные железобетонные, анкерные и монолитно - бетонные крепи, может служить широко известный метод НАСПТ (Новоавстрийский способ проходки тоннелей), используемый при строительстве тоннелей и метрополитенов.

Предлагаемый подход к технологии крепления капитальных горных выработок отличается от НАСПТ значительно большим набором базовых крепей, обеспечивающих устойчивое состояние выработок в первоначальный период строительства. Одним из важнейших требований при использовании НАСТ является информированность инженерно - технического персонала, и в первую очередь непосредственно в шахте, о том, когда измеряемые деформации крепи и массива горных пород достигают критических значений и какие практические меры необходимо принять для остановки дальнейшего развития деформаций.

Предлагаемая технология крепления представляет собой совокупность отдельных конструкций крепей и их комбинаций, устанавливаемых по длине выработки с оптимальными для конкретных горно - гео-

логических условий параметрами, обладающих конструктивной и технологической возможностью проведения дополнительных мероприятий по увеличению их несущей способности.

Основными параметрами крепей с управляемой несущей способностью является их несущая способность и податливость, которые должны регулироваться в зависимости от изменения горно - геологических условий по длине выработки. Регулирование несущей способности осуществляется в зависимости от величины постоянно контролируемых параметров (смещение массива, нагрузка на крепь), причем в качестве базовой крепи следует выбирать крепь, параметры которой определяются для участка выработки с наибольшими значениями прочностных показателей массива горных пород, а в качестве крепи усиления должна приниматься такая конструкция, которая, технически и технологически сочетаясь с базовой крепью, обеспечивает требуемые изменения ее параметров.

Исходными данными для проектирования крепи являются тип и физико - механические свойства вмещающих пород, структурные особенности массива, глубина заложения выработки, форма ее поперечного сечения и размеры. Указанные данные определяются из инженерно -геологических изысканий в соответствии с общими требованиями главы СНиП по инженерным изысканиям для строительства, а также с учетом особенностей подземного строительства, предусмотренных пп. 1.8 -1.13 СНиП П - 94 - 80.

Специфическим параметром крепей с управляемой несущей способностью является величина смещений массива и нагрузок на крепь, на которую настраиваются датчики - сигнализаторы. Датчики сигнализируют о необходимости возведения на данном участке, закрепленном базовой крепью, крепи усиления.

В качестве датчиков сигнальных смещений следует применять датчики СДК - 45 конструкции Оргэнергостроя, датчики конструкции МГГУ или датчики Кузниишахтостроя, а в качестве датчиков нагрузок на крепь - динамометры или динамометрические крепи Кузниишахтостроя. ■ '

В соответствии с вышеизложенным разработаны сочетания базовых крепей и крепей усиления.

Опытно-промышленное внедрение результатов" исследований осуществлялось непосредственно в ходе проведения натурнйх'экспериментов. Фактический экономический эффект от внедрения только отдельных разработок составил 1 млн. 870 тыс. рублей в ценах 1991 года.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе изложены научно обоснованные технические и технологичекие решения по разработке конструкций крепей с управляемой несущей способностью внедрение которых обеспечивает повышение устойчивости капитальных горных выработок, снижение материальных и трудовых затрат на крепление, что вносит значительный вклад в ускорение научно - технического прогресса в шахтном строительстве.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему.

1. Существующая технология крепления капитальных горных выработок недостаточно полно учитывает изменения геомеханических условий в пределах длины одной выработки, что приводит либо к разрушению и ремонту крепи при ее недостаточной несущей способности на отдельных участках, либо к перерасходу материалов при ее креплении по всей длине. В условиях больших смещений пород необходимы податливые или жесткие крепи с повышенной несущей способностью. Создание новых конструкций таких крепей требует значительных материальных и финансовых ресурсов. Поэтому наиболее перспективным направлением является создание новых крепей и разработка гибких технологий крепления выработок на основе существующих (базовых) конструкций с возможностью их оперативного усиления в процессе строительства и эксплуатации. В качестве основных базовых конструкций крепей целесообразно использовать существующие металлические арочные и сборные железобетонные крепи, а также облегченные крепи на основе укрепления массива анкерами, набрызгбетоном или инъекцией.

2. Несущая способность металлической арки при нагружении увеличивается с ростом деформаций до 60 - 70% ее максимальной величины. Дальнейшее увеличение деформаций сопровождается стабилизацией или снижением несущей способности. Профиль из горячекатаной стали арок крепи А - 10 - 16а имеет несущую способность 3,8 кН, что на 2 - 10% больше, чем из охлажденной и термоупрочненной. Несущая способность крепи А - 10 - 14а из Ст. 5 - 173 кН, что почти на 35% меньше несущей способности крепи А - 10 - 16а.

3. При сечении выработки Б« = 13,5 м2 несущая способность арочной крепи по типовому проекту составляет 286 кН, с замками податливости типа ЗПК - 330 с усиленными замками конструкции Куз-

нишпахтостроя - 410, жестких арочных крепей из одинарного спецпрофиля - 610 и удвоенного -1215, податливой крепи с удвоенным верхня-ком - 571 кН.

4. Существующие конструкции узлов податливости используют потенциальную несущую способность спецпрофиля только на 36 - 54%. Поэтому только за счет изменения конструкций узлов податливости возможно увеличение несущей способности крепи более чем в 2 раза. При существующем качестве изготовления крепи и узлов податливости фактическая несущая способность на 10 - 12% ниже, чем приводимая в литературных источниках.

5. Усиление сборной железобетонной крепи тампонажем закреп-ного пространства увеличивает нагрузку на крепь на 20% за счет увеличивающейся жесткости системы "крепь - тампонажный слой - массив", в то время как несущая способность этой системы увеличивается в среднем в 2 раза, причем размер зоны неупругих деформаций сокращается на 30,0%.

6. Развитие смещений контура выработки, закрепленной крепью ГТК, носит затухающий характер и стабилизируется через 60 - 150 суток с момента их проведения. При значениях коэффициента устойчивости п=0,7 - 0,8 в течение 30 - 35 суток смещения реализуются на 70 -80%, а при п=0,2 - 0,5 - на 40 - 60%. При креплении выработок крепью ГТК с забутовкой закрепного пространства породной мелочью деформации пород сопровождаются их разрушением в глубь массива на 3,5 -4 м, в то время как при ГТК с тампонажем - 0,5 - 1,0 м. Тампонаж закрепного пространства за крепью ГТК, выполненный через 5-40 суток после проведения, положительно влияет на устойчивость выработки и в 1,8 - 2,5 раза сокращает величину максимальных смещений массива горных пород. После производства работ по тампонажу процесс развития смещений полностью прекращается.

7. Разработанные конструкции установки УНБ - 1 и нагнетательных сопел обеспечивают требуемую прочность набрызгбетонного покрытия. Конструкция сопла с разрезными втулками обеспечивает большую концентрацию и направленность затворенной смеси на выходе.

8. Выбор параметров металлической арочной крепи следует осуществлять на "основе полученных корреляционных зависимостей нагрузки на крепь и ожидаемых смещений от коэффициента устойчивости. Инженерный расчет комбинированной анкер - металлической крепи целесообразно вести по методике Кузниишахтостроя. Уточнение расчета осуществляется на основе метода начальных параметров по программе МКПОНУ, разработанной в МГГУ. Тип анкеров, их количество и поря-

док установки определяются в зависимости от значений коэффициента устойчивости. В качестве сборной железобетонной крепи целесообразно применять гладкосгенную тюбинговую крепь (ГТК) конструкции Куз-ниишахтостроя с разной несущей способностью. Параметры сечений тюбингов для разных схем нагружения следует принимать по табл. 4. При обосновании параметров монолитной бетонной крепи предпочтительно не задавать нагрузку на крепь, а определять ее в результате решения контактной задачи о взаимодействии крепи и массива горных пород.

9. Выбор параметров крепи с управляемой несущей способностью следует производить по характеру зависимости смещений контура массива горных пород от отпора крепи для наиболее благоприятных и наименее благоприятных горно - геологических условий, имеющих место по длине выработки. Необходимость усиления базовой крепи показывают датчики - сигнализаторы, установленные по длине выработки и настроенные на определенную величину смещений или нагрузок на крепь. В качестве датчиков - сигнализаторов можно использовать датчики СДК - 45 конструкции Оргэнергостроя, конструкции МГТУ, конструкции Кузниишахтостроя, В качестве крепей усиления целесообразно использовать набрызгбетон, анкера, инъекционное упрочнение пород, тампонаж закрепного пространства, омоноличивание арок бетоном.

10. Для наиболее характерных в Кузбассе сечений выработок SCB= 12 м2 и SCB=14,5 м2 экономический эффект от применения исследованных усиленных металлических арочных крепей составит от 400 до 1100 тыс. руб./м в ценах 1997 г. Экономический эффект от усиления крепи ГТК тампонажем закрепного пространства в сравнении с забутовкой породной мелочью составляет в среднем 1500 тыс. руб./м. При этом требуемая несущая способность собственно крепи ГТК уменьшается в 2 раза. Фактический экономический эффект от внедрения результатов исследований составил 1 млн. 870 тыс. руб. в ценах 1991 г.

Основное содержание диссертации опубликована в следующих работах:

1. Рущич A.A., Мирошникова JI.A., Франкевич Г.С. К вопросу исследований проявлений горного давления на крепь капитальных горных выработок в Карагаддинском бассейне // Совершенствование технологии, организации и механизации строительства и реконструкции угольных предприятий: Тр. ин - та, вып. 16 / Кузниишахтострой. - Кемерово, 1977.-С. 75 - 84.

2. Ерофеев Л.М., Мирошникова Л.А., Рущин A.A., Франкевич Г.С. Определение области применения сборной железобетонной тюбинговой крепи // Шахтное строительство. - 1978. - № 9. - С. 14 -16.

3. Франкевич Г.С. Результаты изучения проявлений горного давления на сборную железобетонную тюбинговую крепь и прогнозирование устойчивости капитальных горных выработок в условиях.Карагандинского бассейна // Совершенствование технологии организации и механизации строительства угольных предприятий Кузнецкого, Карагандинского и других угольных бассейнов: Тр. ин - та, вып. 17// Кузниишахтострой. - Кемерово, 1978. - С. 59 - 67.

4. Мирошникова Л.А., Франкевич Г. С. Изучение проявлений горного давления и выбор типов крепей в капитальных горных выработках шахт Карагандинского бассейна / Кузниишахтострой. - Кемерово, 1979. - 18. - С. 79 - 88.

5. Мирошткова Л.А., Франкевич Г.С. Прогнозирование устойчивости и выбор типа крепи капитальных горных выработок в условиях Карагандинского угольного бассейна // Устойчивость и крепление горных выработок: Межвузовский сб. / ЛГИ. - Ленинград, 1980. - 6. - С. 109-111.

6. Ерофеев Л.М., Мирошникова Л.А., Редькин ВА., Франкевич Г.С. Результаты обследования состояния крепей капитальных горных выработок шахт Кузбасса / Организационно - технические проблемы шахтного строительства. - Кузниишахтострой. - Кемерово, 1 82. - С. 51 -64.

7. Ерофеев Л.М., Мирошникова Л.А., Франкевич Г.С. Влияние над работки на состояние крепей капитальных горных выработок шахт Кузбасса / Стр - во предпр. угольн. промышленности. Экспресс - информация / ЦНИЭИуголь. - М„ 1980. - С. 18.

8. Франкевич Г.С. Определение расчетных нагрузок на сборную железобетонную и тюбинговую крепи / Строительство предприятий угольной промышленности / ЦНИЭИуголь, ЦБНТИ Минуглепрома УССР. - Донецк, 1983. - 4. - С. 23 - 25.

9. Франкевич Г.С. Определение расчетных нагрузок на тюбинговую крепь ГТК в условиях Карагандинского бассейна / В КП. Вопросы техники и технологии строительства угольных шахт и разрезов. - Кузниишахтострой. - Кемерово, 1983. - С. 13 -15.

10. Ерофеев Л.М., Франкевич Г.С. Исследование работы сборной тюбинговой крепи на моделях методом эквивалентных материалов для условий Карагандинского бассейна. - В кн.: Повышение технического уровня строительства объектов угольной промышленности / Кузниишахтострой. - Кемерово, 1986. - 12 с.

11. Ерофеев Л.М., Мирошникова Л.А., Франкевич Г.С. Разработка и исследование работоспособности тюбинговой крепи ГТК несущей

способностью 0,6 МПа в условиях Карагандинского бассейна / Кузнии-шахтострой. - Кемерово, 1988.

12. Ерофеев Л.М., Медведев Е.Г., Мирошникова Л.А., Фратевич Г.С. Разработка методического обеспечения автоматизированного проектирования сборной железобетонной тюбинговой крепи в сочетании с тампонажем закрепного пространства / Кузниишахтострой. - Кемерово, 1988.

13. Франкевич Г.С., Удовиченко В.М., Чупин С.Л., Ерофеев А.Л, Расчет комбинированной металлобетонной крепи с вынесенной жесткой арматурой. - Сб. науч. тр. Кузбассуглетехнология. - Кемерово, 1994. -№7. - 6 с.

14. Франкевич Г.С. Результаты испытаний крепей повышенной несущей способности на универсальном горизонтальном стенде в сложных горно - геологических условиях // Уголь. - 1995. - МII. - С. 21 - 23.

15. Картозия Б.А., Корчак A.B., Франкевич Г.С. Перспективы использования ресурсосберегающих конструкций крепи капитальных горных выработок на шахтах Кузнецкого угольного бассейна // Горный информационно - аналитический бюллетень / ЖГУ. - М., 1996. - М 5. С. 9 -15.

16. Каретников В.Н., Вреднее В.А., Ерофеев Л.М., Павленко В.В., Франкевич Г.С. Исследование работы сборной железобетонной тюбинговой крепи ГТК в сочетании с тампонажом закрепного пространства. - Кузниишахтострой. - Кемерово, 1984. С. 31-43.

17. Франкевич Г.С. Кузниишахтострой - производству // Уголь. -1997. N-4. - С.

18. Основные направления развития техники, технологии и организации горнопроходческих работ // B.C. Верхотуров, В.В. Першин, НИ. Плаксин, В.М. Удовиченко, Г.С. Франкевич. - Томск: Изд - во Томского ин - та, 1997. - 100 с.

19. Франкевич Г.С. Крепление выработок в сложных горно - геологических условиях. - М.: Изд - во МГГУ, 1997. - 280 с.

20. A.c. 622984 СССР, М. Кл. 2 Е 21Д 21/00. Железобетонная анкерная крепь / JI. М. Ерофеев, Л.А. Мирошникова, В.М. Шитенберг, Г.С. Франкевич. - №2341665/22 - 3; Заявл. 02.04.76; Опубл. 05.09.78; Бюл. НЗЗ.-С. 130.

21. А. с. 769000 СССР, М. Кл. 3 Е 21Д 21/00. Железобетонная анкерная крепь / JI.M. Ерофеев, JI.A. Мирошникова, В.М. Шитенберг, Г.С. Франкевич. Заявл. 2.11.77; Опубл. 07.10.80; Бюл. № 37. - С. 129.

22. А. с. 1390368 СССР, МКИ Е 21Д 11/18. Сборная крепь подземных выработок / В.А. Редькин и Г.С. Франкевич. - № 4068399/22 -03; Заявл. 03.04.86; Опубл. 23.04.88; Бюл. №15. - С. 144.

23. Патенты № 1782284 A3(RU), МКИ Е 21Д 11/14. Стевд для испытания шахтных крепей / JI.M. Ерофеев, ДА. Мирошникова, Г. С. Франкевич, Г.А. Беляев, Ю.А. Зазирный. - №48878 1/0; Заявл. 06.12.90; Опубл. 15.12.92; Бюл. №46. - С. 243.

24. Полож. решение от 19.03.96 по заявке на изобретение №95113045/03 "Сопло для торкретирования бетонной смеси". Автор изобр. Г.С. Франкевич.

25. Состояние горнопроходческих работ на угольных шахтах Российской Федерации / Верхотуров B.C., Франкевич Г.С., Плаксин Н.И., Войтов М.Д. // Сб. науч. тр. / Совершенствование техники и технологии шахтного строительства. - Кемерово, 1997, КузГТУ. - С. 4 - 8.

26. Требования к нормативно - методической документации в шахтном строительстве угольной промышленности РФ / Удовиченко В.М., Верхотуров B.C., Франкевич Г.С. // Сб. науч. тр. КузГТУ/ Совершенствование техники и технологии шахтного строительства. - Кемерово, 1997. - С. 9 - 12.

27. Строительство горных выработок большого (свыше 20 м2 ) сечения в угольной промышленности / Удовиченко В.М., Верхотуров B.C., Франкевич Г.С. // Сб. науч. тр. КузГТУ/ Новершенствование техники и технологии шахтного строительства. - Кемерово, 1997. - С. 22 -25.

28. Оптимизация параметров технологии проведения горизонтальных горных выработок / Франкевич Г.С., Войтов М.Д., Чупин H.JI. // Сб. науч. тр. КузГТУ / Совершенствование техники и технологии шахтного строительства. - Кемерово, 1997. - С. 1 - 4.

29. Франкевич Г.С., Мирошникова JI.A. Крепление конвейерного и путевого стволов шахты "Таллинская - Южная" / Франкевич Г.С., Мирошникова JI. А. // Сб. науч. тр. КузГТУ / Совершенствование техники и технологии шахтного строительства. - Кемерово, 1997. - С. 5 - 48.