автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование параметров технологии анкерного крепления подготовительных выработок в неравнопрочном углепородном массиве

14

о»

О

^ На правах рукописи

со ^

АТРУШКЕВИЧ Олег Аркадьевич

УДК 622.286/289(043.3)

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ АНКЕРНОГО КРЕПЛЕНИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК В НЕРАВНОПРОЧНОМ УГЛЕПОРОДНОМ МАССИВЕ

Специальность 05.15.02 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1997

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследов, тельском и проектно-конструкторском институте добычи угл гидравлическим способом и Московском государственном го] пом университете.

Научный руководитель докт. техн. наук, проф. О. В. МИХЕЕВ.

Официальные оппоненты;.-докт. техн. наук, проф. Г. А. КАТКОВ, канд. техн. паук В. К. РАЗИН.

Ведущее предприятие — АО ОТ «Ленинскуголь».

Защита диссертации состоится 26 июня 1997 г. в 12 час па заседании диссертационного совета К-053.12.02 в Москов ском государственном горном университете по адресу: 117935 Москва, В-49, Ленинский пр., 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 26 мая 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

канд. техн. наук, с. н. с. В. Н. КОРОЛЕВА.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Успешное решение задач повышения эффективности функционирования угольной промышленности России в значительной степени зависит от уровня технического соверш?мтва горно-подготовительных работ (ГПР). Период реструктуризации угольной отрасли особенно остро сказался на воспроизводстве очистного фронта. Темпы проходки снизились в 1,5 раза, объёмы проведения выработок сокращаются ежегодно в 1,5 раза быс.рее, чем объе 1ы добычи. Острота проблемы воспроизводства подготовленных к выемке запасов угля не снижается даже при условии уменьшения и. .ребляемых объемов угля, поскольку развитие угольных шахт предусматривает перспективное увеличение на 20-30 % площади поперечного сечения и протяженности выработок при отработке запасов длинными очистными забоям- ■ особенно сложных горно ■ »логических условиях.

Увеличение глубины горных работ к необходимость отработки запасов пластов со сложными горно-гсологичсскими условиями формируют перераспределение значительной части затрат ГПР на мероприятия по обеспечению устойчивости выработок. Необходимое')-« таких затрат обусловливается весьма жесткими экономическими требованиями к надежности поддержания подготовительных выработок в течение всего срока их эксплуатации.

Кроме того, в технологии ТПР достигнуто существенно • совершенствование средств отбойки за счет выпуска комбайнов тина КП -25, кП-20 Б, Ц'ПКс, АМ-65. В то же время сохраняется отставание в разработке высокопроизводительных технологий крепления подготовительных выработок, обеспечивающих высокие темпы их проходки н допустимый уровень безонлс^сти эксплуатации.

Таким образом, разработка эффективных технологических решений и средств анкерного крепления, обеспечивающих надежное поддержание подготовительных выработок, является актуальной научной и практической задачей.

Целый работы является установление закономерностей проявлений зонально» дезинтеграции слоистого углепородного массива для обоснования параметров техники и тех»югии анкерного крепления подготовительных выработок, обеспечивающих надежное их поддержание в течение всего периода эксплуатации.

Ос .пшаи идея диссертации состоит в учете эффекта нсравнопрочиости элементов слоистого углепородного массива при зональной его дезинтеграции для обоснования рациональных технологических решении по анкерному креплению подготовительных выработок.

Основные научные положения и их повита:

1. Механизм анального дезинтегрирования массива начинает формироваться с разрушения слабых слоев пород расположенных в лределах зоны трсишноватостк, с последующим развитием её в более прочных слоях.

2. Расчет анкерной крепи необходимо осуществлять исходя из размера свода обрушения пород равного радиусу первой зоны дезинтеграции массива, при размещении анкера по направлению радиуса свода и со сплошным химическим закреплением анкера по всей его длине.

3. Технологические и конструктивные параметры средств бурения шпуров под анкеры и устройств для нагнетания скопляющего состава в шпуры и их технические характеристики определяются с учетом геомсханичсской обстановки В01фуг выработок по критерию минимизации производственных затрат.

Обоснованность и достоверность научны! положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: . ! '

достагоч-'чм объемом исследований по установлению закономерностей зональной дезинтеграции слоистого углепородного массива вокруг подготовительных выработок, наведенных в вырабовдх 7 предсгаии1сл1 -ых шахт Кузбасса; .

положительными результатами применения разработанных пас< -ртов крепления подготовительных выработок, техники и г чнодогии установки анкерного крепления в различных горно-геологических условиях 6 шахт Кузбасс; '

Зиячет.с работы. Научное значение работы сострит. ■ установлении законо-рностей проявления зональной дезинтегр; ш нгравнолрочного слоистого углепо-

родного массива вокруг подготовительных выработок, являющихся 1" повой для разработки методики расчета параметров технологии анкерного крепления.

Практическая ценность диссертации заключается в разработке эффективных технологических решений и средств анкерного крепления подготовительных зирабо-ток, обеспечивающих совершенствование горно-подготовительных работ, надежное поддержание их в течение всего периода эксплуатации.

Реализация выводов и рекомендации. Рпработанная методика расчета чара-метров анкерной крепи, основанная на закономерностях зональной дезинтеграции слоистого угленородпшо массива вокруг подгон и тельных выработок, используется институтом ВНИИгадрэуголь при составлении паспортов крепления горных выработок.

Разработанный комплекс оборудовании! н средств анкерного крепления изготавливается на экспериментальном заводе института ШШИгидроуголь и используется специализированным шахтомонтажнмм управлением института на договорных началах при креплении горных выработок шахт Кузбасса.

Апробация работы. Основные положения диссертацн и результаты исследований докладывались на 1 Международной конференции «I ^традиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых» СибГГМА (Новокузнецк, 1996), на научных семинарах кафедры технологии к комплексной механизации горных работ СибГГМА (Новокузнецк, 19%) и кафедры технологии, механизации и организации подземной разработки угля МГГУ (Моек-\ 1996-1997), на технических советах шахт Кузбасса .

Публикации, По теме диссертации опубликовано 6 научных работ.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения, содержит % страниц машинописного текста, 16 таблиц. 39 рисунков, список литературы из 90 наименований, 10.приложений.

Автор выражает благодарность кайл. техн. наук Кайло И И. за ценные методические консультации, а также сотрудникам института ВНИМгндроуголь за помошь при выполнении экспериментальных работ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РЛЬОТЫ

C'oacpiuL'iici».знанию техники и технологии креплении подготовительных выработок, созтанню научных ocho» расчета взаимодействия крепе» с горным массивом посвящены труды Л.А.Ьорисова, Н.С.Ьудычева, М.М.Гсдескул», Г.И.Гриико, В.Е.Зайденварга, И.II.Каретникова, Г.А.Каткова,Л.Б,Ковяльчук*,С.!О.Кузьмичя, Ю.П.,Малышева, А.Ф.Мнротова, Ь.Г.Иикншечспа, С.А.Орлова, А.II.Петрова, В.К.Разина, И Л.Черняк», А.!1.Широкова и др.

D рстулма ie аналпа современною состояния технологии крепления установлено, что ли обеспечения устойчивости подготовительных выработок ма угольных шахгач Кузбасса в основном применяются дорогостоящие, мак-риалоемкие и трудоемкие типы крени, стоимость которых составляет значительную долю затрат в себестоимости продукции, однако их применение не всегда оправдано.

До настоящею времени технология и средства крепления подготовительных выработок анкерами с химическим та крепление штанг но всей длине вследствие технического несовершенства являются факторами, сдерживающими технологические процессы ГНР. И связи с пим hí¿Í.\iuhmo разработать средства и tcxhojioi ию возведения анкеров, нозвелякчции )ффскТцпно использовать высоконрои тнодитсльные проходческие комбайны и обеспечивающие безопасную эксплуатацию выработок.

Применяемые кироыышлешимли способы и Средства обеспечении устойчива сти подгоювтельных выработок базируются на закономерностях механики юрных пород, которые не учи >ынакч особенное i и зональной дезиннмратш. Н связи с >тнм определилась Э№уали<а* научная проблема разработки новых способов и средств крепления нодюювитсльных -выработок, учитывающих закойомерноеж «шальной .teiHiircrpauHH углепо^дно! о массива для обеелгк.ия их устойчивости.

С целью создания экономически выюдных средств и технологу анкериою крепления подготовительных выработок, обеспс »ивающих их устойчивость на всех капах iKciuygraiiHH, та счет учен особенностей тональной детин ici рации массива решены следующие задачи

определены закономерности зональной дезинтпрации нерапг'прочного слоистого углецородног» массива на контуре подготовительных выработок;

разработана методика ¡исчста анкерной крени с закреплением штанги по всей длине, учитывающая закономерности зональной дезинтеграции перавногрочного слоисто!« угяенородного массива на кочгурс подготовительных выработок;

разработаны конструктивные элементы анкерной крепи с закрепившем стержня по всей длине, а также средства и технология для ей возведения;

выполнена экономическая оценка предложенной технологи анкерного крепления подготовительных выработок.

Методической основой-к исследованию особенностей зональной дезинтеграции неравнопрочного слоистого углепородного массива послужили закономерности зональной дезттмрацни, представленные в работах ЕЖШемякина, О.М.Курлени, В.Н.Опаршо, ПЛ.Черняки, В.КЛаЯзенварга О.Ю.Кузьмнча, Л.Ф.Морозова, сущность которых состоит в следующих положениях.

1. Процесс деформирования массива вокруг подготовительной выработки имеет четко выраженную пространственную и временную дискрегность, которая проявляется в лаипости и зональности изменения его свойств и структуры.

2. Границами чнекретных зон массива являются (рис.! а): мнггур поперечного сечения выработки; окружность, описывающая контур выработю Ь);

окружностЦ 1.К), концентрическая с 1-, имеющая радиус, мзмедремый а долях радиуса окружности Ь, равный (V? , где К- номер окружное I и;

ЬкружностЦ Ц,К), концентрическая с Ь, имеющая радиус, измеряемый я долях радиуса окружности I, равный 0,92(^2 )к.

3. Процесс перераснредслсння нащ- жений в массиве вокруг вырабо!к. .ушест-венно зависит от значения параметра ч - у11 / К,*, где: у - объемный вес пород Н- глубина заложения выработки от поверхности, прочность пород при одноосном сжауии.

значение ц параметра находится на уровне 0,5, то происходит раниомсрнос всестороннее сжаше массива в радиальном направлении к -Ц-лпру выработки

5

ja счет подвижности его структурных элементов. В результате формируется ipanmta дискретности L.

Цели значение параметра q достигасt уровня 1,4 -1,6, то коивертшия выработки у»"* не может быть обеспечена за счет подвижности структурных элементов. Происходит изменение структуры массива. В результат форм ирукнея зоны. разделенные границами L, LI и L.,i (рис. 1а).

Зона сохранения целост кости, расположенная между окружностям» I. н Ь,I, на начальной стадии деформирования массива сохраняет свойства, характерные для •<асснва в исходном стоянии.

Чоиа дезинтегрирующей трещиноват ости, расположенная ыежд\ окружностями L.,1 и 1.1, поглотает энергию горного давления, прекращая се в paóory трещинообра-зования.

Если напряженное состояние массива характеризуется значениями параметра q > 1,6, ix) в нем могут формироваться зоны, более удаленные от выработки. Кроме. того, в таких условиях в результате сжатя i. ,>од в зоне формируется блочная структура, которая повышает подвижность массива и обеспечивает дальнейшую конвергенцию выработки.

Для определен!... закономерное, .л зональной дезинтеграции неравнонрочною слоистою yi непородною масс им были выполнены комплексные исследования на ai,, .с Ьпйкаимский шахты «Инская». Пласт отрабатывался по хороткозабойной системе . Высот лажа составляла 220 м Ширина выемочной полосы 10 м. Проведение выемочных выработок производилось с помощью комбайна К-56МГ. Для проветривания очис11, i забоев-заходрк в выемочных столбах с помощью станка ЫЛ-2 бурили скважины диаметром 850 >>м.

Кич.,1.1скс инструментальных исследований .о определению закономерностей зональной дезииторации неравнопрочного слоистого углепородного ..иссива включат HiMcpeiiHc смешений контура выемочных ^.ирабогок и окружающею массива с помощью г.т 'ннных и контурных реперов, зондирование массива с помощью сквз-• iniiiux 1н.зравличсских ллгчиков, морфомстрическое изучение состояния выработок к вентиляционных скважин диаметром 850 мм.

Морфомстричсскис исследования состояния массива вокруг вентиляционных скважин показали, что трещины локализуются в зонах, геометрические параметры которых достаточно близко сг^падают с зонами дезинтеграции. Для процесса развития разрушения контура скважин установлено сохранение целостности участка, непосредственно примыкающего к контуру выработки. Причина этого явления заключалась в наличии слабых прослойков аргиллита у почвы пласта и на конт—те нижней и средней пачек, которые локализовали разрушение.

Визуально в скважинах было зарегистрировано наличие трещин в массиве, Расстояние ло первых трещин разрушения а висячем борту выемочной печи составляло 0,8-1,0 и, что близко у теоретическому расположению первой дезинтегрирующей трещиноватостн, Расположение других трещин соответствовало локализации второй, третьей и четвертой зон дезинтеграции.

Деформационные свойства угля п борту выемочной выработки изменялись в соответствии С усилением горного давления но мере приближения фронта очистных работ. Минимальные значения модуля деформации имели место на контуре выработки. Стабильные значения модули* имели место в массиве, ня-мжая от зоны и. В пределах первой и второй зон значения модулей вначале возрастали, а згПем снижались, т.е. изменялись аналогично распределению опорного давления.

I .мсрсиие конвергенции в выемочных выработках с помощью глубинных реперов показало, что по мере приближении фронта очигшых работ в движение приходят все более отдаленные от контура участки массива. Четкою разделения смешений на границе зон дезинтеграции не наблюдалось. Для определении положения |раннцы нсупругих деформаций массива по смешениям глубинных реперов непол. мнился критерий - 20%-ная разница смещений двух соседних реперов соответствует расположению границы зоны нсупругих деформаций. Но этому критерию, дли иысчзчнмч выработок были получены графики развития зоны нсупругих деформаций. Установлено, что в кровле выработки зона неупругих деформации во всех частях рабочей зоны развивалась до кровли пласта. В лежачем бори1 выработки зона нсупругих деформаций распространялась на меньшую глубину, чем в висячем борту. Не расстояние

11,5 м от очистного фронта зона нсупругих деформаций практически достигала середины выемочной полосы в средней и уступной частях рабочей зоны, а в нижней- 2,02,5 м. По величине смешения контура установлено, что уме на расстоянии 35 - 40 м от выработанного пространства состояние выработок было неустойчивым в средней и уступней частях рабочей зоны (смещения превышали 200 мм), а в нижней части - при подходе очистных работ.

В результате исследований установлено, что разрушение контура выработок начинает развиваться на участках слабых прослоев, расположенных в пределах зоны дезинтегрирующей трсщиноватости, с последующим перемещением материала слоя в сторону выработки При этом образуется зона дезинтегрирующей трещиноватостн в белге прочных слоях, которая формирует свод возможного обрушенн»..

На основании полученных результатов морфометрических и инструментальных исследований было установлено, что в зависимости от интенсивности горного давления в угольном массиве вокруг выработки формируются одна, две, три иди четыре зоны дезинтеграции.

Особенности зональной дезинтеграции при наличии слабых прослоев схематически представлены следующим образом. В реальных условиях полигональный контур выработки не является вписанным многоугольником, поэтому' для определения описывающей окружности необходимо использовать дополнительное построение, преобразующее форму выработки. ■'■•<■"''"

Геометрические параметры зон дезинтеграции не зависят от свойств массива и полностью определяются размером описывающей Окружное™. Их формирование происходит в соответствии с ростом интенсивности горного давления, оцениваемого параметром q для каждого слоя, перерезанного ссчснисм выработки или попадающего в зот> се влияния. В связи с этой особенностью процесс дезинтеграции начинается • слабы* прослоях в то время, когда в более прочных породах сшс сохраняется, сплошность.

При расположении слабого прослоя юриюнталыю в сечс"ии выработки, его влияние на ,-,азрушснис массива проявляется путем создания условий увеличения фактического пролета выработки до размера L1, и образования возможного свода oó-

рушения кровли по линии И. В борту выработки влияние прослоя гг -»является формированием отжи«а.

Расположение слабого прослоя вне контура выработки, но в пределах описывающей окружности, формирует свод обрушения меньшего пролета. Однако в этом случае создаются условия для интенсивного разрушения поперечным давлением пачки пород, заключенной между прослоем и контуром выработки.

Расположение слабого прослоя вне описывающей окружности до границы зоны 1.1 усугубляет' опасность разрушения пачки пород, заключенной между прослоем и контуром выработки, а гакже способствует проявлению отжима.

Расположение слабого прослоя а пространстве зоны 1Л мало влияет на разрушение пород на контуре выработки. Однако следует заметить, что справедливость этого утверждения существенно зависит от мощности и прочности слабого прослоя и интенсивности горного давления, что должно быть учтено в дальнейших исследованиях.

При наклонном залегании слоев пород симметрия процессов деформирования и дезинтеграции нарушается, хотя общие закономерности и особенности, отмеченные выше, сохраняются.

На основании предложенной схемы зональной дезинтеграции неравнолрочного слоистого породной» массива разработан новый методический подход к определению параметров крепления горных выработок анкерной крепью.

Сущность предноженного подхода заключаете в учете следующих закономерностей. При зональной дезинтеграции геометрические размеры свода в<- можного обрушения изменяются дискретно в зависимости от значения нарамора ц. Сегментные элементы, заключенные между контуром выработки и описывающей окружностью I. радиуса К, отделяются от массива, образуя так называемую ближнюю зону де интеграции. Первая зона дезинтеграции, определяющая форму и размер свода возможного обрушения, простирается между окружностью I. и окружностью Ы радиуса С внутренней стороны к этой |раницс прилегает зона дезингсфирующей трешиноваю-сти', толщ..на которой составляет в среднем 8% 01 радиуса Вторая зона дезинтеграции располагается за первой и имеег радиус 2К, содержит зону лсзннкчрнрующен трещиноватости, толщина которой составляет 84« от радиуса 2Н. Конвергенция вы-

работки и ее устойчивость зависят в основном от процессов дезинтшрацнн массива в пределах ближней первой н второй wit Более отдаленные зоны дезинтеграции в значительно меньшей степени оказывают влияние на выраиотку.

Анкерная крепь, согласно предложенной схеме (рнс.1а) зональной дезинтеграции нср^Аионрочного слоистого углепородпогх» массива, должна выполнять функции) связывания сегментных блоков ближней, первой и второй зон.

Схема зональной детин ге|рацйн горных пород вокруг подготовительной выработки содержит в своей основе принцип дискретизации взаимодействия элементов массива между собой, а следовательно, и с анкерными стержнями, скрепленными с (ими (рис. 1.6).

Анализ показал, что взаимодействие анкерного стержня, закрепленного по всей длине, с массивом происходит на ограниченном участке; Участок взаимодействия перемещается по длине стержня. Предельное чилоянис стержня наступает при распространении участка взаимодействия до его конца. После этого прочность скрепления стержня с массивом имеет минимальную величину, равную силе трения.

Расчет анкерной крепи предложено производить исходя из размера свода возможного обрушения, равного радиусу первой зоны дезинтеграции массива. Учитывая преимущественно радиальное перемещение массива в пределах свода возможного обрушения, анкеры необходимо распила! а |ь по направлению радиуса. Для обеспечения запаса прочности анкерной крепи расчет части длины стержня, заделанной в массив«» прсизводится с использованием минимального значения сцепления стержня с массивом, равного силе трения, но формуле '•

((b'+htyarctgb/h - bh|

I --------——-:-

2 Игя xtrn где к- объемный вес пород, к!1/ м1;

Ь и h - параметры свода возможного обрушения, м; *т. радиус шпура, м;

6.

А |г I" - и 1, »1

\ г. р г Кентуу »ыраб«тки

«•1 1 ПЧ

Рис 1. Схем» к расчету виимплсПовия анкеров с массивом

1т». удельна* сила трения анкера о стенки шпура. кН/ см* л - количество анкеров.

Для практического выполнения работ по обеспечению устойчивости подготовительных выработок был выполнен анализ современных технических средств: станков для бурения шпуров, устройств для установки анкеров, а также конструкций анкеров других элементов крепи. Были выявлены недостатки, которые устранены при разработке новых средств.

Разработаны на базе гидравлического сверла "Гном" установки СРГА-1, СБГЛ-I, СБГА-3, СПГА-1, которые предназначены для бурения шпуров по углю н породе крепостью до/=6 на шахтах любой категории по газу и ныли, и обеспечивают высокопроизводительное выполнение работ по бурению шпуров для установки анкерной крепи в различных горно-геологкчсских условиях.

Разработаны нагнетательные установки типа ИДА, УНГА и ручной шприц, которые обеспечивают возможность выполнения работ по возведению анкерной крепи с различными закрепляющими составами. Установки имеют малые габариты, что играет существенную роль при выполнении работ в выработках , сечение которых занято горным оборудованием.

Разработаны анкеры типа АГА, принципиальная особенность которых заключается в том, что в их конструкции реализована нДЗя совмещения работы клиновых замковых устройств и стержней, закрепленных быезротвердеюшими смесями по всей длине стержня. Крепь расширяет область применения анкерной крепи в подготовительных выработках, проводимых в сложных горно-геологических условиях.

В основе технологий установки анкеров типа АГА используются общие технологические операции: бурение шпура, временное закрепление анкера, нагнетание скрепляющего состава, а также дозировка и смешивание компонентов и наполнителей, которые в каждом конкретном случае требуют корректировки подхода, и изменения порядка и длительности технологических операций анкерного крепления гор-йыа выработок.

Технологи* установки новых типов анкеров включает: бурение шпуров с применением установок СРГА-1 , СБГА-1, СБГА-3, СПГА-1, нагнетание скрепляющих составов с применением установок типа У ИГЛ и ЦДЛ или ручного шприца, установку анкеров типа ЛГЛ, затяжки и верхняков.

Для обеспечения равномерною распределения скрепляющего состава по длине анкера, а также заполнения им трещин в массиве, нагнетание быстротвердеющего поднмернок состава производится под давлением 10-15 МПа одновременно в несколько шпуров, в которые предварительно закладываются анкеры (деревянные - по углю, металлические - по породе)! Шпуры, » .¡нисимости от горно-геологических условии, располагаются по радиусу описанной окружности.

Укрепление горного массива проводится по следующей технологической схеме:

1. Бурятся шпуры по расчетной схеме, диаметр основного шпура 30мм, устье длиной 200 мм расширяется до диаметра 42 мм;

2. Одновременно в три шпура закладываются анкеры,

3. В устья шпуров вставляются инъекторы и раскрепляются затворами нагнетательной установки;

4. Нагнетание скрепляющего состава производи гея одновременно в три шпура под давлением 10-13 МП» в течение 2 мин.;

3, Через 40-50 с после окончания нагнетания производится съем затворов с устья шнуров.

Такая технология позволяет снизить расход скрепляющего состава, т.к. он будет распространяться по линии наименьшего сопротивления, т.е. первоначально заполнится свободное пространство шпуров, что обеспечит надежное закрепление анкера, затем состав распространится в ближние от обнаженной поверхности трещины. Короткий период нагнетания о|раничйвает возможность распространения твердеющего состава в полости и в глубь массива. Одновременное нагнетание в шпуры, расположенные рядом, обеспечивает упрочнение сорного массива вблизи поверхности обнажения за счет встречного движения состава по трещинам.

, Серия крепей тина АГЛ включает одиннадцать видов конструкций анкеров, технология установки которых рассматривается ниже.

1. Установка анкера типа ЛГЛ-1 отличается от технологии установки серийно выпускаемого аькера 111К-Ы тем, что он устанавливается бет применения монтажной трубы. ">го достш астся за счет того, что в замке анкера имеется упругий элемент, который расклинивает полу муфты замка. При вводе анкера в шпур полумуфгты смешаются в обратном направлении, стержень с некоторым усилием перемешается до донной части шпура и саморасклинивается при возвратном движении стержня. На выступающий в выработку конец анкера устанавливаются затяжка, опорный элемент и затем производится натяжение анкера вращением гайки.

2. Анкеры типа АГА-2 устанавливаются аналогично способу установки анкера АГА-1, за исключением того, что затяжка прижимается к торному массиву безрезьбовым эксцентриковым соединением стержня анкера с поддерживающим элементом.

3. Установка анкера АГА-3 включает в себя предварительное заполнение шпура быстротвердеющим составом в объеме, необходимом для закрепления анкера по всей длине, затем к кровле прижимается затяжка, через которую анкер вводится в шпур, после че|Ъ опорная плитка прижимается к массиву. Подача скрепляющего состава в шпур производится иашетательными установками типа УНГА или ИДА от дойной части шпура к его устью.

4. Анкеры типа АГА-4 устанавливаются аналогично способу установки анкера АГА-1. Отличие состоит в том, что для повышения надежности работы,-анкера его замоноличивают неорганическими скрепляющим и . составами, нагнетание которых в шпуры производится предварительно, т.е. анало! ично п.З.

5. Установка анкера АГА-5 отличается от установки анкера АГА-4 тем, что прижим затяжки к горному массиву осуществляется поддерживающим элементом, соединенным с анкером безрезьбоаым эксцентриковым устройством.

6.Установка анкеров АГА-6, АГА-7 и АГА-8 включает я ссбя бурение шпура пол углом не более 25° к горизонту и предварительную доставку в шнур скрепляющего состава в объеме, необходимом для закрепления анкера по всей длине, и ввод в шпур армирующего стержня анкера.

7. Способ установки анкера АГА-9 включает в себя бурение шпура, ввод в него анкера, герметизацию устья шпура,' подключение к анкеру нагнетательных шлангов и подачу скрепляющею сос|ана.

8. Установка анкеров тина АГА-10 и АГА-11 аналогична технологии установки анкеров Al А-6, АГА-7, Л1 Л-8.

Испытания разработанной методики расчета параметров анкерной крепи типа АГЛ и тех г гогии ей установки были выполнены при креплении подготовительных выработок на 6 шахтах Кутбасса: "Новокузнецкая", "Расгогдская", им Ярославского, "Шушталенская", "Капитальная" и "Нагорная".

На основании результатов испытаний технологии анкерного крепления установлено, что разработанные с учетом зональной /(езинтеграцми массива дополнения к паспортам крепления подготовительных выработок позволили рационально использовав новые нрог]ч.-ссивныс средства бурения шпуров, нагнетательные установки и анкеры типа АРА.

Укрепление углепородного массива анкерами типа АГА с применением новых средств бурения и нагнетательных установок обладает высокой эффективностью иа всех минах зкегшуатации выработок, поскольку :

укрепление кровли анкерами с закреплением по всей длине стержня позволяет снизить ншрузки на арочную крепь конвейерных штреков и предотвратить конвергенцию выработок, а также обеспечить безопасные условия выполнения работ на сопряжениях с лавой;

укреплепие кровли анкерами с закреплением по всей длине стержня позволяет снизи|ь нагрузки на трапециевидную крепь и предотвратить прогиб верхняков более допустимых пределов;

укрепление кровли и боргов разрезной печи и с4 сопряжений со штреками анкерами, закрепленными по всей длине стержня, позволяет снизить куполообразование и нагрузки на трапециевидную крепь и обеспечить возможность перехода лавы через нее без аварий;

ук'ччгление кровли, в особенности представленной слоями слабых пород и угля, анкерами, закрепленными по всей длине стержня, позволяет снизить нагрузки на

крепь и предотвратить куноление. Укрепление бортов анкерами предотвращает развитие отжима , что повышает устойчивость выработок.

Выполненная оценка экономической эффективности покатала, что разработанная в HiiCTHiyre ВНИИгидроуголь при участии автора техника и технология укреплении угненороднога массива анкерами тина ЛГА, имеет технико-экономические нре-имушс иа перед традиционной технологией крепления горных выработок металлическими рамными крепями.

Прямой экономический эффект от применения сталсполнмсрных анкеров типа ЛГЛ в сравнении с применением металлической арочной крени составляет 942 084 руб. на 1 м выработки.

Косвенный экономический эффект от применения сгалсполимсрных анкеров типа AI'A, который формируется за счет отсутствия или снижения объемов ремонта горных выработок, составит 22384 руб. на I м поддерживаемых горных выработок.

Таким образом, суммарный хозрасчетный экономический эффект от применения сталенолимерных анкеров вместо металлической а|н>'1ной крепи составит в расчете на t м выработки 964 468 руб., или в пересчете на 100 м нырабожи 96,4 млн. руб.

1лК'Л1(>ЧК11НК

В диссертации, являющейся на>чнон квалификационной работой, содержится решение задачи обоснования параметров анкерного крепления подготовительных выработок в неравнопрочном слоистом yi ленородном массиве, обеспечивающих надежное поддержание их в течение всею периода эксплуатации, что имеет существенное значение для угольной промышленности России.

Основные научные н практические результаты работы заключаются в следующем.

1. Установлены закономерности зональной дезйитетрации утленородного массива. содержащего слабые прослои:

2. Установлено, что разрушение массива начинает ра шнваться на участках слабых прослоев, расположенных в пределах зоны дсэинзефирунштей трешиноватости, с последующим перемещением материала слоя в сторону выработки. При этом образу-.

ется зона дезиншрирующей трещиноватое ж в более прочных слоях, которая формирует свод возможного обрушения

3. Доказано, что геометрические размеры свода возможного обрушения изменя-кмея диекрежо в зависимости ог значения параметра ч Сегментные элементы, заключенные между контуром выработки и описывающей окружностью Ь радиуса К, отделяются .'. массива, образуя так натываемую ближнюю зону дезинтеграции. Первая зона дезинтеграции, определяющая форму и размер свода возможного обрушения, простирается между окружностью I, и окружи лью 1.1 радиуса Я ^2 С внутренней стороны к этой границе прилегает зона дезннкчрирующей трещиноваюсти , толщина которой составляет 8% от радиуса Нторая зона дезинтеграции располагается >а первой и имеет радиус 2Н содержи! зону дезинтриру отшей зрещиноватоези , толщина которой составляет 8% от радиуса 2К Конвергенция выработки и ее устойчивость зависят в основном от процессов доинкчрации к,..липа в пределах ближней первой и второй зон. Более отдаленные зоны дезннторации в значительно меньшей степени оказывают влияние на иы]Шн>1ку

4. Рекомендовано пригнать анкерной крени, согласно предложенной схеме зональной де|инте1рации слоиепио массива, функцию связывания сегментных блоков ближней, первой и. второй зон.

5.Предложено расче! анкерной крени производив исходя из размера свода возможного обрушения, равного радиусу первой зоны дезинтеграции массива. Учитывая преимущественно радиальное перемещение массива в пределах свода возможною обрушения, анкеры необходимо раснила1а1ь по направлению радиуса. Для обеспечения запаса прочное п» анкерной крени расче! необходимо производить с использованием минимально значения сцепления стержня с массивом, равного силе зрения.

6. Разрабошиа а-хноюш» укрепления массива вокруг под| отовительных выработок анкерами, закрепленными по всей длине, обеспечивающая возможность повышения эффективности проходческих | "ни и поддержания горных выработок в течение во,.о срока эксплуатации, основанная.на использовании комплекс* технических средств:

установки СРГА-1 , СБГА-1, СВГЛ-З, СПГА-1, разработанные на бате гидраали-ческого сверла ' Гном", предназначенные для бурении шпуров по углю и породе крепостью f-Ь на шахтах любой категории по газу и пыли, обеспечивают высокопроизводительное выполнение работ по бурению шпуров для установки анкерной крепи в различных I орно-гсологичсских условиях;

конструкции нагкетагсльных установок типа УШ'А и ручного шприца обеспечивают возможность выполнения работ по возведению анкерной крепи с различными закрепляющими составами. Установки имеют малые габариты, что играет существенную роль при выполнении работ в выработках , сечение которых занято горным оборудованием;

комплекс анкеров типа АГА позволяет создавать новые пршрессивные технологически с схемы проведения и крепления подготовительных выработок-в сложных горно-геологических условиях, обеспечивающие их эффективное поддержание в течение всего периода эксплуатации.

7. Промышленными испытаниями паспортов крепления, разработанных с учетом • зональной дезинтеграции слоистого массива, техники и технологии укрепления мае-, сива анкерами с закреплением по всей длине в условиях 6 шахт Ку "асса доказана реальная возможность повышения эффективности горно-подготовительных работ, обеспечения устойчивости подпповтшышх выработок и снижения затрат на их поддержание. Оценка экономического эффекта от применения новой анкерной крепи составила 964 тыс. руб. на I м выработки.

8. Комплекс оборудования и средств анкерного крепления изготавливается на экспериментальном заводе института «ВНИИгидроуголь» и используется нрй выполнении договоров специализированным щахтомонтажиым управлением института при креплении горных выработок тахт Кузбасса.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

I. Атрушкенич O.A., Кайло И.И., Tonopoa C.IJ. Взаимодействие анкерной крепи с углепородным массивом о подготовительных выработках // Нетрадиционные и имтси-

снвиые технологии разработки месторождений полезных ископаемых. Тезисы докл. I Международной конференции. - Новокузнецк, СибГГМА , 1996, с.48-50.

2. Лтрушкевич О.Л., Кайло И. П., Топоров С.П., Гарипова С.М. Прогнозирование устойчивости горных выработок с учетом геодинамических особенностей шахтного поля // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых. Тезисы докладов I Международной конференции. - Новокузнецк, СибГГМА, 1-^6, с.5 Г

3. Атрушкевнч O.A., Атрушкевнч A.A., Лтрушкевич В.Л. и др. Новые анкерные крепи, способы их возведения и средства Обеспечения технологии крепления. -ВНИИгидроуголь, Новокузнецк, 1996, 8 с.

4. Атрушкевнч O.A., Атрушкевнч A.A., Атрушкевнч В.А. Анкерная крепь. Заявка № 94039517. Положительное решение о выдаче патента РФ от 04.04.96 г.

5. Атрушкевнч O.A., Малышев IO.II., Гук А.И., Малышев В.Н. Способ упрочнения массива горных пород. Заявка № 94039806. Положительное решение о выдаче патента РФ от 14.02.96 г.

6. Лтрушкевич O.A., Малышев Ю.Н., Лтрушкевич A.A., Пузырев Г.Е., Гук А.И., Малышев S.U. Способ установки стержневых анкеров с закреплением быстро твердеющим составом. Заявка № 94039804. Положительное решение о выдаче патента РФ от 14.02.96 г.