автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование способов и средств повышения устойчивости горных выработок в слабометаморфизованных породных массивах

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ ГЕОТЕХНИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ

РГб ОД

1 А 'На правах рукописи

МУС ИЕН КО Сергей Петрович

ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ ^ И СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В СЛАБОМЕТАМОРФИЗОВАННЫХ ПОРОДНЫХ МАССИВАХ

05.15.02 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых» , 05.15.11 —«Физические процессы

горного производства»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Днепропетровск — 1995

vu-jfi'aiHioi: является рукопись.' i'uuuva Fujoiiaoiia г. институте геотехнической ыехаяики HM! Украиьи. руководить «.¡: доктор технических наук'

ВИНОГРАДОВ Виктор Васильевич,-доктор технических иду к», профессор 'УСАЧИКО Борис Миронович. ;i!a;iunuii оппоненты:

Доктор технических цау#, профессор HOHüL'lAPEHKO Павел Иванович, -Кандидат технических наук ГОЛОВ'ШСКШ Иван Егорович Ьзйягы организация - комбинат Днопрошахтострой, г.Павлоград.

:;,аЧита состоится "¿'6? " o'&rStitpS. jgg5 г> в «/6 « наСов

f

на заседании специализированного совета Д СЗ.10.02 при Институте геотехнической механики HAH Украины по адресу: 320095, Украина, г.Днепропетровск, ул.Симферопольская, £а.

С диссертацией «ожно ознакомиться г библиотеке Института г«:омх1Я!чеекоГ. механики HAH Украины, г.Днепропетровск-ОС, 1 n.Q^'iijiuUüabCKaü, La. •

, Автореферат разослан *I9C0 г. •

Учмш;' секретарь с п е 11 !• а л г. а i: р od а 11 н о г о совета

V

ВД'.Перепспйпа

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ДШАЛЪНОСГЬ'. И СТЕПЕНЬ ИЗУЧЕННОСТИ ТЕМАТИКИ. Сооружение и охрана горных пыработок в слабометамор^изованных породах сгязаны с необходимостью геленаправленного управления пропессами деформирования и разрушения вмещающих пород. Большой склад е изучение мас-. спея пород и разработку методов повышения его устойчивости внесли . АЛ.АМусин, К.В.Бакланов, А.2.Булат, В.В.Виноградов, ¡Л.А.Выгодин, В.Т.Глуижо, ШЕ.Гологчаиский, К. 3.Заславский, М.П.Зборщик, А.Н.Зорин, Ю.М.Карткпгав, Б. А.Картозия, В.Н.Кириченко, 0.В.Колоколов, ' . ' » - - - ■ П.И.11ономаре!<ко, А.П.Максимов, Л.Я.Парчевский, В.Н.Потураев, I

А.Н.Сгаврогин, И.А.Турчанинов, Б.В.Усаченко, А.В.Йдаголь и др.

I ■ -

Решенн важные вопросы крепления и поддержания Еыработок, однако из комплекса этих проблем наименее изучены поведение сяабомотакдр^изо-ванных пород.в условиях объемного депортирования, влияние различных воздействий на режим их разрушения, не разработаны регламента упрарления состоянием приконтурного слоя пород. Отсутствие таких •, знаний затрудняет.постановку аналитических задач по геомеханике • слабометаморфкзованного породного массива, сдериипает разработку методик расчета дефриакионно-силовых характеристик системы "крегЬ-• породный массив", ин'кенерно-техналогических рейений по уменызент| смещении породного контура, что является причиной неоправданного; удорожания крепления горных выработок в сложных условиях и на больших глубинах. .

По Донбассу обьем ремонтируемых выработок достигает 60-70 £ . а подрывка почрр превышает 60 % от" объема проводимте выработок, трудоемкость ремонтных работ возросла-г 2-2,5 раза и достигает 6005 «ел.ицл;. Прпотом прогон? рыработок находящихся г неудевлетгр-' рителъпта состоянии.с, увеличение!,, глубкнн возрастает и по отдельны;: лях1, с-!. дчс'.ч.тло".' 1П-1~0 П. ..

Наследованиями ДонЭТИ, IMOÜÜC, ВНИШ, Тоеударстгенной горной акздсы-.и Украины, ИГТМ HAH Украины показано, что геомехани-ческпе особенности охрани горных выработок в счабометаиорфизован-' них породах, связаны с раэрыхлениен вмещающих пород, развитием пучения, сспропоедшощимися практически неаатдтсающими во рремони емщошшш боковых пород, величину которых существенно превосходя? конструктивную податливость крепи.

Сундаментильнне результаты в области механики горного массива (открытие !.'• I, Украина) позволяют сделать вывод, что управлять указанными процессами ыошю блокированием свободного разрушения приконтурных пород.

Б связи с гугим, проблема разработки способов и средств блокирования свободного разрушения локальными воздействиями для по- , ревода приконтурных пох^од в более высокую категорию устойчивости, весьма актуальна для поддержания горных выработок в слабометанор-физованных породах. Работа гшочиена в соответствии с планами научно-исследовательских работ Института геотехнической механики HAH Украины, Постановлениями ПШТ. и Шнуглепрома СССР, Госуглепрома Украины.

ЦЕЛЬ И ОСНОВНЫЕ 3&J№1 НССЧЩОВМШ. Цель работы заключается в обосновании способов и средств повышения устойчивости выработок в слабометаыорчизованних породах блокирование!.' свободного разрушения локальными воздействиями на приконтурные породы. Для ос ргпли-заци'и поставлены и решены следующие сидячи:

1. Исследовать закономерности запредельного деформирования слабоыетамор^изованных горних пород г условиях применения локальных воздеГ.ствиГ для блокирования их свободного разрушения,

2. Обосновать способы и параметры локальных вог.дыЧ-гпиг на приконтурнью породы вблизи ropiiüi' выработки с учетом поведения

слабомотамор.физорггпнмх'пород."

3. Разработать технологический регламент и средства рсачиач-нии способов локального гоздоР.стрип на приконтурные породи в окрестности горной рыработки.

4. Вгоншвпъ опыгно-промншленл^ю проверку технологии и оборудования г раплт>ных ус.четких ведения горных работ.

рБОСНОВШЕ теорет.тческо:! и лржтическсй цзиост ИСС1ЩД0ВЛ- ■

НИЯ И ЕГО НАУЧНОЙ НОВИЗНЫ. Научное 'значение работы состоит п установлении закономерностей деформирования пород, заключающихся в определении влияния локальных воздействий на смещения приконтурных' пород с учетом изменения значений их остаточной прочности и обосновании способов и средств повышения устойчивости горных рырабо-. Ток е слабо1,'етаиор^изованных породных пассивах.

Практическое значение работы состоит в разработке: научно-технических принпипов и методов выбора способов локального воздействия на приконтурнне породы; оборудования для выполнения ра- ; йот по локальному вордеГствию на приконтурные породы с применением скрепляющих растворов и бетонов; способов возведения анкерных • крепей и оборудование для их•осуществления; рамио-анкерной ограниченно -податливой крепи и. технологии ее возведения, а также ин| женерного метода расчета-смещений контура выработки в условиях применения локальных воздействий. ' - .

•• • Научная .■ новизна. .. - '

I. Установлен характер изменения разрушения пород -в. ус.ловкяк трехосного пераризкошонентного ейатю» под влиянием локалып-гх воЬ- ; депел-ш;". .

!

.Р.. 1'сташр.яено,- что. прегс-ес блокирования свободного рапруае-' »шя, ршпанны? погахнекяек докалыгах всздеЯстевР, определяется

опта'-счьл; прочноси и'зависит.как от величины лсклль-нк: гоадо','стгк! , таи- \к и-т' ило'чзди ьх-прияэкгкня. .. •

3. Установлены зависимости умоньщения зоны нарушенных пород от коэффициента блокирования, представленные в графическом виде для наиболее часто встречающихся в практике горного дела случаев.

4. Обоснованы способы и параметры средств воздействий'на приконтурные породы,, которые еощли составной частью'е разработанные методики и регламенты.

УРОВЕНЬ РЕШЗЛЦШ И ВЩРШИ' НАУЧНЫХ РАЗРАБОТОК. Основные научные положения, разработанные способы и средства-включены в отраслей,m нормативнр-техиические документы "Инструкция по расчету, облегченных гидов Kpeneii с анкерами на основе патронирование. быстротвердшцих неорганических вшвдих..." (Харьков, 1989); "Инструкция по расчету и применению облегченных видов крепей с анкерами в вертикальных стволах..." (Харьков, 1990)"Временный техно^ логически!'; регламент по применению ограниченно-податливой рямно-анкерной крепи с заданно!; несущей способностью. ..'V (Г'осуглепром, . Украины, 1993); "Машина бетоноукладочная многоцелевая. Техничес- • кое задание..." ОЛинуглепрон СССР, 1987). '

Разработана и применяется на горных предприятиях машина бетоноукладочная многоцелевая МШ. Годовой экономический эффект применения образца маэдны - 482К30 тыс.крб. (в ценах 1993 г.).

АПРОБАЦИЯ И ПУБЛИКАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛ{Д)ВА1МП, СТРУКТУРА . И ОБЪЕУ, РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение iu научно-технических советах, семинарах и конференциях: Института геотехнической механики HAH Украины' (г.Днепропетровск, 1978 г., 1994 г,), кокбшшта "Ачполиметалл" (г. Кентау, Казахстан., 1970-1982 г.г.), института БШШгоргветыст (г.. Москва, Россия, I978-I902 г.г.),' института ВНШОШЮ (г.Харькоп, I9Ö0-1992 Г.Г.), Научно-исследовательском горнорудном институте (г.Кривой Рог, 1991 г., 1994 г.), 110 "Павпоградугиль" (г. Пав наград, 1930-1993 г.г.),.

По теме диссертаций опубликовано 20 печатных работ (статьи, доклады, методики) в том числе 9 авторских свидетельств па изобретения.

Диссертация 'состоит из введения,■четырех разделов и üitwe--t

ния, содержит /</£■• страниц машинописного текста, г>ктп»а(?цих 35 рисунков, o6¡j(üi"f обьем 159'страниц со списком.литература из ICO н;ш-мен-Ураний и 7 приложениями«- • ,

ДШЛРЛЩЯ О ЛИЧНОМ ВКЛАДЕ В РЛЗРЛБСШСУ НЛУЧШХ РЕЗУЛЬТАТОВ. В качестве руководителя, ответственного исполнителя или исполнителя автор принимал непосредственное участие в проведении лаборАтор-Hbfx и иахтнн* экспериментов, разработке, испытании и опытно-про-¡.шшленнои проверке способов и средств локального воздействия на рриконтурные породы. Конкретный вклад соавторов публикаций отражен в тексте диссертаций.

Постановка аналитических исследований, выбор методов и аппа-, • ратуры, их доработка и анализ лабораторных исследовании, обоснование методов блокирования свободного разрушения пркконтурных пород локальными воздействиями выполнены,'а цель, задачи исследования, идея работы, основные научные положения, выводы и рекомендации сформулированы автором самостоятельно. ¡ • ,

, МЕТОДОЛОГИЯ, МЕТОДЫ ИССЗДОВАШЯ ПРЩЕГА И ОБЪЕКТА. Основная идея работы заключается в использовании закономерностей изме-f нения свойств, и характера разрушения горних пород под влиянием локальных воздействий, для блокирования процесса свободного раз. рушения приконтурных пород, с целью повышения устойчивости горной выработки.

Методология и t^HTоды исследования: в работе использован комп-тексны.'г подход к исследованиям, ркличатуциг1. системный анализ и обоб^енио согре.-'снноцо состояния крепе?, горных выработок, закладЫ-раег.вк ? у¡nrtcKRTatJcp^KPOPaiíHKx- породах: теоретические и зкепери-

неитальние исследования процесса разрушения горних пород: расчет-ио-иналитичсские исследования с применение!.; ЭВМ; лабораторный и-натурный эксперимент.

.Предмет и объект исслеловапий: способы и средства повышения, .устойчивости горных выработок, использусдие блокирование свободного разрушения приконтурных пород; обра.ада и массив•слабометамор^и-зованннх пород.

. Автор ЕЫракает признательность работникам ИГ'ТЫ HAH Украины, шахт и обьединений,'"Павлоград/голь", "Луганскуголь", Артековского 'ачебаетрового комбината за помощь в проведении экспериментов и внедрении разработок и благодарит научных руководителей докт.техн. наук Виноградова В.В. и докт.техн.наук, профессора Усаченко Б.Й. за внимание и методическую помощь в выполнении работы,

- ОСНОВНОЕ СО,ЧШ/АШВ РАБОТУ

Значительное попшеше устойчивости горних выработок, закладываемых в слабоиета;,10рх1изовйнных горных породах, достигнуто разработкой.и внедрением новых- способов- и средств блокирования свободного разрушения приконтурных пород, которые. базируются на <[ун- • ламентальных физических закономерностях, сляпанных с деформирова- " ниеы и разрушением горных пород, новейших достижениях и открытиях последних лет, в частности способах управления' процессом раярд-гао-ния предельно напряженных пород мачоенергоекшши воздействиями. Осног.нпе научные положения, защищаемые в диссертации:

1. Изменение поведения приконтурных пород горной наработки достигается применением локальных воздействий, которые обеспечиваю? как уменьшение смещения породного контура, и перевод пород в более высокую категорию устойчивости. .

2. Процесс блокирования свободного. раяруяокия .приконтурных пород, вызванный применением локальных воздействий, оп^сдг-ляегся.

: с

двумя уровнями факторно!': значимости их механического состояния -nepruii, доминирующий - значениями остаточной прочности, гтор-)!1 -углом внутреннего трения,

3. Эффективность блокирования разрушения приконгурпьгх пород зависит от величины локальных воздействий и плоавди их приложения, равные лскалышь воздействия при относительная площади приложения д5? 4 с,'и позволяют увеличить остаточную прочность до 40 Го, а при Д i5 = 24 " до (70-80 %): предела- прочности.

На совокупности научных положений основан принцип управляр-ыости горнотохнологичсскоР, системы "крепь-породный массив". i

В работе дано экспериментальное и аналитическое обоснование способов локального воздействия на приконтурные породи, п основу которого полажено следукцее. Блокирование свободного разрушения ' пород возможно при отпоре крепи более I Ша, а грузонссущая способность металлических податливых и ограниченно-податливых кропей составляет 1£0-2Ь0 к1!а. Достижение необходимого уровня интенсивности воздействий возможно путем уменьшения площади приложения нагрузки в 4-7 рая, т.е. яоктытт воздействиями на приконтурные породы. . ■ . , ;

' ' Зксперщ-.шталыше исследования запредельного депортирования горних пород в условиях применения локальных воздействий, выполнялись по методике непыч'аниП, разработанной в ИГТМ HAH Украины и усовершенствовании!"«, в части способа приложения боковой нагрузки. < . Испытаниям .подвергались образцы кубической tJ.opt.ii-t, изготовлен-, ные из пород, отобранных на шахтах Западного Донбасса, которые предварительно подвергались следующим воздействиям: изменению влажности, нагрузке до определенной степени нарушенноети и упрочнении; скрепляющими растворами, армированию металлическими стержнями.

Особы'/; интерес с точки зрения реализации локальных роадеИст-' виг. представляет анкорованио, Выявлено, что различные типы анкерор.

по ра^но«:' глгтот на гапрсдс лыгое поведение горних пород - нчкен-|.'»яырх тиянкь окплквопт анкеры с .узлом податливости, расположении:: у поверхности пород, причем наиболр'.- существенные изиопепшя происходят с остаточной несущей способностью.

Испытания проводились при различных уровнях локальной боковой нагрузки и плэ'цздк гс приложения. Результаты кспытониГ: пока-314 члт, что установка анкера и его параметры мала влияют на-ха- ■ ¡¡актер Д(40|я.пф0|»ания пэрод до предела прочности и его величину Осж. О'нако, после достижения предела прочности, процесс рзз-рупоппя даже при малых значениях локальной нагрузки, отличается от разрушения как г условиях со свободной поверхностью, так и в ус- -

ловиях эквивалентного трехосного неравнокомпонентного сжатия. г ост

Значение \Эсх зависит как от минимальной компоненты напряжений , &з , так и от относительной площади приложения нагрузки

Блокирование разрушения, реализуемое с применением локальных воздействий на приконтурннс породы открывает широкие возможности для дальнейшего совершенствования способов -пбмгаения устойчивости горных выработок, обеспечивающих вовлечение в работу лрикон-.турных пород и их взаимодействие с конструкциями крепи.

Математическая модель горных пород, учитывающая включение в работу приконтурного массива может быть записана следующим уело-

(I)

прикг$гв

висм: • г с

)6сх при ГЪ-П-

ба'Абг^всж = ~

гост .¡у Ог г Ьсж + К /Осх'Осж

где б» , Сг -.'.'Крупная и радиальная компонента-напряжений;.

л 1+иПр , ;

~ паРа,:р'*Р' зависящий от угла внутреннего трения;

беж - текущее значение прочности, Семе предела проч-

. ' ■• 11 ^«r

ност'и на одноосное сжатие горной породи; Ьсж - остаточная несущая способность; породи; .Л. - радиус зоны нарушенных пород;

Ра - радиус зоны блокирования разрушения; К - кояОДтшнгг, опрёделягациь степень вклпчения пршеош'.урннх пород в работу { [Ой К^ / ) ; ' Kl & "сж , Л> _ (0,2-0,4) - пороговое напряжение. '

Для устранения чувствительности пород к слабым воздействиям, . радиус влияния.горнотехнологических локальных воздеГствш'! долисп быть ташл, чтобц вне пто!; аоны значение миниьальной компоненты напряжений. было больше порогового значения, т.е. нообходш-о выполнить условие, 6r G*' при Г >- Гв . Для таких условии получено соотношение для минимального размера зоны упрочняющего воздействия, блокирующего свободное разрушение приконтурных пород.

Уравнение для определения радиуса зоны неупругих деформации при блокированной разрушении получено с учетом того, что на границе зоны упругих н неупругих дефор^ацяи ( ^= ) выполняется равенство i ' , -- /

: s lpL +6ï*/(A-i)

; где p . 2fiçH~6~c# _ значение радиальной компоненты на-

А : A+f-, . ' пряапниП на. границе зоны неупругих и упругих, деформации ; H - глубина оачояснйя выработки; р -

объемная касса горных пород; g - ускорение силы тяжести.

Сравнивая а'на«оикя радиусов зон неупругих деформации при j свободном- и блокированном прот'члйнин процесса разрушения, получено соотношение .для опредетейпя коэффициента уменьшения, зонн нару,-

А-1

¡¿сннь-х пород

' ПятргоГ'ИЛ устойчивости пород* являщаяся основанием для вы-бирп типов крепи и се параметров, определяется «юлеиигм контура выработки. И'1 практике расчет очгдасгих ршдеиий выполняется по , изпестщг; методикам с достаточной точностью. С учетом этого, по-луена зависимость для определения смещения породного контура при . блокированием разрушении ркраченпого через смецсние.при срободном разруаении: тгв 7 гс

иг = К3уГ '..";'. ''

Приведенная гагксйкость позволяет выбирать величину локального воздействия, реализагия которого приведет к переводу пород • приконтурноР зоны в более Тыаокуп кат*"горищ устойчивости.

Построены графики изменения коз^игиента уменьшения зоны нарушенных пород от комитента блокиррания К В . Этот коз^и-гирлт определяется поплаетюч остаточной нгсуцей способности пород Осж , достигаемо!'."принятыми с.юеобаки локальных возд«йствий.

Сизическио основы способов и средств' повклепип устойчивости горных выработок базируются на обобд-нни теоретических и оксп'гри-ментальных доннюс по рлиянию локальных воздействий на прогесс раз-руления прикентурннх пород. Обоснование Способов И разработка основных'требований; к нии и к средствам реализации способов выполнены с учетом достижения гк^екта блокирования свободного рпзруаения слабометаиор^изоранных пород. ..■-'./•'

Больаая группа способов, основывается на применении анкерных

КрСПСЙ различной конструкции, поптому их обосиоглни" поточено ? основу вкполнсшлос' исследований.

Принято считать, что снижение нагрузок на базовую конструкцию обусловлено тем, что часть из них воспринимает1 на себя анкерная крепь. Так при расисте анкерной кгопи в сочетании с рамной нг сущая способность этих крепей просто сукгируотся елгграгнчэ не учитывая взаимного влияния крепей и изменения характера разрушения приконтурного слоя.

В то же время вьтолненттн исследованиями установлено, что поиглеино остаточной нс;су:ле1". способности происходит не только при увеличении усилил закрепления анкера. Наблюдается такче зависи-

^ОСГ

мость величиям остаточной несущей способности пород Осж от коз^-([игиента перекрытия поверхности. Так, учп при увеличении плочзди перекрытия до 4 Г! поверхности происходит повивший остаточной не' суией способности до 20 7 предела прочности . Показано, '-то целесообразно увеличивать площадь перекрытия поверхности пород плементами, конструктивно связанней с анкера)/!! и взаимодействующими с та/а в процессе работы. Применительно к горним гкработкам угольных иахт такими элементами могут случить рамы поддернивав-дей крепи, С учетом полученных результатов сформулированы требования . к ракчо-анкертГ. огрг.ни'тнно-податливой крепи горной выработки.

Погыпеиие устойчивости наработок мояст быть достигнуто также-•• , упрочнением пород йньекйюЯ енрепяяэдих растворов, "При этой речь . идет о повгаении прочности естественно или искусственно нэруяен-

/— упр

ных пород. Предел прочности упрочненных пород Ь с* не прорицает предела прочности ненарушенных (эс-п .и составляет не более. 80 % беж . Растворы проникают по трещинам раскрытием до I ЫКМ и образуют пространственную конструкция, взаимодействующую с блоками породного массива. В зависимости от свойств применяемых растворов они могут иметь или не иметь адгезия с породой, однако эффект ■

U.1.UU-.JA4 шшя разрушения имеет место и в том и другом случае, но его üirfwciwe ы-ш.т сущсс-твснно отличаться. Количество нагнетае-í.tix растворов (до 5 от обьсиа пород) и характер их взаимодействия с наг-сивом позволяет сказать, что имеет место локальное воз- ■ ;,t:î;c*i'î.iie на приконтурные породи.

II/.; запредельном деформировании породы, упрочненные иньекци-eii номентно-пеечаных растворов, ведут себя как пластичные материалы с пределами текучести от I до 7 Ша, деформирование в предельном состоянии продолжается достаточно долго без разрыхления и су-цествепного снижения несущей способности. Деформирование пород, упрочненных полимерными растворами, подобно деформированию ненарушенных пород, по численные значения предела прочности Ос*с

ОСТ

иеньае, а остаточная прочность Ьсж больше, чем у аналогичных ' ненарушенных пород. Применение способа иньекпии прикоитурных пород позволяет в большей или меньшей степени изменить их остаточную прочность и, тем самым, повлиять на процесс разрушения вмещающего массива. • •

В результате анализа существующих отечественных и зарубежных средств иньекпии и скрепляющих растворов с учетом полученных результатов выполненных исследований определены требования .к средствам иньекпии растворов в массив,' '.-"'■-,'

С точки зрения оценки, механизма взаимодействия,' воздействие тампонажа на приконтурные породы tiomio рассматривать как локаль- . нои, поскольку тампонашшй камень не только является промежуточной конструкцией между крепью и породой, но и как показывает исследо- . вапие затабонированных пород,- растворы проникают в трещины между блоками и отдельнсетяыи приконтурных пород и существенно влияют на процесс разрушения указанного слоя, а |исредс*сон птого и на '. разр:.¿¡гипс вмещающего массива. •

U хпним: сиздеГ-т-кя нлбрызгбгтона' '¡:3 пр-шеонтурние породи

1!3

аналогичен воздоКс'тчп) тампонажа закрепленного «¡•оатрчнепт. 0.1бсь при нанесении проттячг в трепрттг прикогггурп-х ноличивая его и вивлекап в работу, а посягдуюцис слон нобрплгбг---тона, облпдаюцие групонесупоР, .способность«, обратупт по,пд°р''н-ваюиую конструкция. При зтом набрызгбетоп удопстпоритсчьного • качества можут быть'полуен при водопемент-ноп соотношении 0,40,5, что примерно соответствует пластичности тампонации скоси 4-6 см и.не вызывает .заметного переувлажнения пород.

. Для аяхтных условии разработаны технологии и с р едег г а роз-'лиза'ии обоснованных способов погшенмя .уетоп'пн'псти горных выработок г слабокстакорфипорашаис породах, в частности технология возведенип рамно-анкер-ном огршппгенио-податлнгой крепи, параметры которой представлены во "Временном технологическом регламент'" угрер'чденном Гоеуглспромсм Украины. Отличительно! особенностью крепи,-применяемой при такой, технологии, является взаимодействие рамы и системы анкеров, осуществляемое посредством обоснегантг И разработанной, конструкции с узлом податливости, гключащег о . втулку деформируемую голопкой; анкера. Поперечный размер го легки анкера- больпе размера отверстия втулки на ре личину

. . _ 2 Ра

Л '^КС/аба ' <'»

где Ра - несущая способность анкера; Ж - гнутренш»; диаметр втулки; бд - предел прочности материала втулки; К -кое-Йиниент, зависящий- от бормк и качества пзапыодеГструщих поверхностей, при то щи ре стенки втулки от 5 /1.0 10 ш< и угле деформирования от 30° до 40° пршяшаир равным 1,1-1, Г).

Разработаны и утверждены па отраслевом; уровне инструкции, включающие результаты, полученные при выполнении зтих исследований. Инструкция по расчету облегченных видов крепей с анкерами

сидчивт методы определения галраиетров ашгерне.й крепи, работающей как са».млч>ят«аьио, так и с сочетании с другими видами крепи i |,<»:-1ич1ляс геоме:;аиичоских условиях, регламентирован порядок BuSbja и расчета параметров технологии возведения анкерной крепи и породах I категории устопчпьости и как упрочняющего элемента кчисинкрозйниой крепи в породах Г1-1У категории. Инструкция по ра:'чи:у и применению облегченных видов крепей с анкерами в вертикальных стыолах, содержит порядок определения параметров -облегченно?. крепи гертикальных стволов с использованием анкеров, как олсмента упрочнения наеспг-а; границы области применения монипит-ноГ. бегошм? И набршгбетонно?, крепе!', в сочетании с анкерами могут бить определена по истодккам, пркгсдениш г приложениях I и 2 к инструкции. Инструкция содержит также описание анкерноГ' крепи, организации раоот у. техники безопасности при ее устаногке.

Л ля механизации работ предложена технология и разработано' устройство для возведения раыю-анкерних крепей, Особенность технологии заключается г (.'.еханизироганнои параллельном бурении'двух шпуров и установке в них еинтогых или закрепляемых по ре'еГ< длине оТ)чр"*дгеи.;пи раствораки анкерог. Устройство для анкерованпя (а.с. IBIOUjo) используется как- бкстросшшое оборудование на комбайны 4ГШ-£М. " .'-: --

Способы поршещш уетоГчирости с использованием анкеров и средства испытаны на шахтах ПО "Паглогр.чдуголь".

разработаны способы воздействия анкер: до крспс-Г (а.с.964160,. -I30U36B), устройство для возгедения {а.с. :бо4139, 0721ГБ, 130«Ш и конструкции.анкерной крепи (а»с. IOBolVS). .'Закрепление анкера - • непатронированшжи укрепляющими составами гю r>cei: длине повышает 0{4ект|1в1юсть работы анкера, особенно в слабог/етамор^зопанных породах, а применение технологии и оборудования снижает трудоем- , кость гозведешш, повышает- качество .ешюкглских работ, . ..

. ■ 17

Sunoitieiio обос twnamit, • средств дчн повышения уст.»Г"1п»01Т!) выработок с примет mien скреп тящьх рчш-пюрог., разработано >.ч r-нологическое издание па кашицу бетоноук'пдопмуп и паго.'огп. н ■ опытный образец .(а.с. I7Î4I45 на шесктс-чь ботонл»кчад.)«:1р:. машины) . Испытания проведены на шахте "Луганская-!" ПО "Ядт.ша:-уголь". Ыгошша выпускается г,а"гдаи партиями, и в на стоящее р;«.:,.! эксплуатируется в ПО "Павлоградуголь", ";1угансиуголь", "Кр.к.че-арыейскуголь", "Г.уковуголь" (Россия), в тресте "иршлассатур;.-- проходка" и на Артсмовском.алебастровом комбинате. Применение m.i-иины позволяет механизировать и упростить работы" по пригоном- I И укладке бетонов и растворов при ииьенции, тампона'хг, набрм'П'е и , опалубочном.бетонировании, применять при ятои составы с оптимать-ным водогемеитннм соотношением.

Разработаны средства нньекпш скрепляющих растворов п по;;->д-ный массив.(а.с. 660007, 6VUÙ03)Такие иньекторн позволяют нагнетать, состав» с малыми сроками отге]ндешт по друхрастворп.Л'. ■ схеме подачи, что способствует их максимальному проникнете нт породы. ' .

Благодаря, применению обоснованных и раярпботалшх сиособ.;п И средств; простих методических и Технологических приемов локать-: них воздействий 'на приконтурпые породы достигнуто повышение устойчивости горных выработок в слаб.омотамор^иэог.рлшнх породах.

. Обоснованность и достоверность научных положении, выводов п рекомендаций подтверждается: достаточно болшин обьемом пкепери-неитальн!,1х' исследовании образцов горних пород выполненных в соответствии -с апробировашюи нетэдикоГ. и деКстпущиш нормативными .документами; теоретическое обоснованностью применяемое, модели горних пород для расчета результатов применяемых возцеиетпи;;; удовлетворите льноГ погрешностью методов определения прочностных своПстп об} .ют и ::а( сига пород, не пропиаюгцег НО поломитетьными ре-

IG

яуль'/атпми опнтно-прокьшленной проверки способов и .средств блокирования свободного разрушения пород локальным! воздействиями и их внедрение!.:. • • -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ • ' '

В диссертации обобщены результаты теоретических и оксперимен-тальных исследовании, решена актуальная научная 'задача, имеющая гарное народнохозяйственное зна^л-ше, заключающаяся в обосновании способов и средств повышения устойчивости горных выработок в ела-боиетаморЗ'ИзоЕанных породных массивах на базе эффектов, достигаемых применением локальных воздействий.на приконтурные породы. Итоговые выгоды сводятся к следующему: '

I. Установлено, что локальные воздействия на приконтурные породи влияют па процесс их запредельного деформирования, поеышэя остаточную прочность и уменьшая размер зоны нарушенных пород; доказано, что при этом обеспечивается уменьшение смещения породного контура г. возможность перевода приконтурньтх пород в более высокую категорию устойчивости, даже небольшие по'величине воздействия мз~-менягт поведение горных пород от гсевдохрупкого разрушения до пневгоплогического течения. v

?.. Установлено, что .эффективность локальных воздействий зависит не только от их интенсивности, но и от плопади приложения -постоянные по величине пассивные воздействия при относительной площади щжлокения нагрузки 4 " позволяют увеличить 'остаточную прочность ,по- 40 7., а при ?А 7- - до (70-80) .'.'! предела Прочности.

3. ïh Сазе аналитического решения редачк о, влиянии. чокат-гш воздействий на процесс разрушения пород, janrfiir вялого 'изменение . ' остаточной прочности и jадиуса нарупгнгпс лзрид' полут- щ загнеи-i .'cvi', пчп:г.агно опиеьтзщп* сак-л '^гсхмэст$г впмонемшг прот^канм" :.ai■!'о:•:;'!"< прочее.'ci г^н блок; v^^a-i: ;' свобод;';,зм ркгручп-тя

пород.'

4. На основе комплекса аналитических и зксперииентальннх исследовании разработан инженерный метод расчета параметров при обосновании способа и средств повышения устойчивости выработки, путем изменения режима деформирования приконтурных пород.

Разработаны способы (а.с. 964169, ТЗОЕОоЗ), средства крепления (а.с. 100617Э) и технологические средства (а.с. 659007, 679693, 964169, 972128, 1305368, 1714146) повышения устойчивости горных выработок. Проведена опытно-промышленная проверка разработок, доказавшая их объективность. Организован выпуск средств по заказу потребителей, а машина бетоноукладочная многоцелевая изготавливается- малыми- партиями,

6. Результаты работы внедрены в техническом задании, технологическом регламенте, инструкциях по расчету и применению кроне!:, утвержденных на отраслевом уровне. .

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ НАУЧНЫХ РАБОТ, : ОТРАШЩИХ ОСНОВ1ШЕ ПОГОЖИМ ДИССЕРТАЦИИ

1. РД 12.18.009-90. Инструкция по расчету и применению облегченных видов крепей с анкерами в вертикальных стволах 5>.П.Ягодин, И.Г.Косков, В.К.Стеблииа, В.А.Прагер, А.И.Лапко, Н.Ю.Баекова, А.В.Будник, М.Р. Ломакина, А.М.Козем, К.А.Ардашев, Н.С.Булычев, Н.Н.Фотиева, Б.В.Евтушенко, А..С.Саымаль, Б.Ы.Усач(?нко, В.В.Вино-, врадов, С.П.Цусиенко, В.П.Чередниченко, В.С.Правдин, В.М.Туркадзо.-Харьков; ВНИИ0Ш1С,' 1990.- 75 с.

2. РД 12,18.092-90. Инструкция по расчету облегченных видов крепей с анкерами на основе быстротвердеюцих неорганических вяжущих Н.Г.Кооков,. Ю.С.Наповал, В.П.Друнко, Б.В.Алферов, Ф.И.Ягодин, Г.И.Кременецкий, В.Г.Гнездилов, Ц.Д.ЧорнокозинскиГ, Л.В.Зенцова, К.Л.Лрдашев, 1Э.М.Басинский, Б.1а.Уса"енко, Б.В.Виноградов, Л.В.Маце-

тгн-n, Б.С.Успттжо,. С.П.ыусиенко. г- Харьков; ВШИСШС,

I'PXJ. - ijö с. ,'•••• i

Ö. Брсмепнь:Г< технологический .регламент по применению ограни-чснно-гюдатливой раг'ко-анксрног; кропи с заданной несущей- способностью П.Б.Виноградов, Б.М.Усаченко, А.Л.Бобылев, С.П.ыусиснко, • B.B.lîyw, Л.И.Т'ажеыон, В.В.Горояадкин, А.В.Шиголь, М.А.Выгодин, В.В.Кгчулснко. - Днепропетровск; ИГТМ HÀH Украины, -1993. 11 с. ..'

Стзтьи и доклады- °

4. 'Гнугако В.Т., Малиновская Т.Ы., Цусиенко С.П. Упрочнение нар;/.ие'Ч!кх горных пород полиэфирной смолой // Безопасность труда в проккалгшюсти. - 1079. - Г- 2. - С. £9.'

Р. Иусиенко С.П. Управление поведением предельно напряженных п-род изменением их прочности и деформационных свойств// Виноградов В.В. Геомеханпка управления состоянием массива вблизи горних выработок. - К.: Паук.думка, IC89. --С. 129-133.

6. Иусиенко С.П. Геомеханичесгие особенности формирования пород о бетонных крепей //' - "Гам же. С. I7I-X78. _

7. Усаченко Б.М., Иусиенко С.П.,_ Сидоров Б,Г. Разработка и испытания, матены бетоноукяадоедюй многоцелевой'// Технология и' ксхаикаастя крепления подготовительных И нарезных, выработок: Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического совещания. - Кривой Рог: ШГП1, 1991. - С. 50. .

Ü. Иусиенко' С.П. Опенка способов охраны и крепления /магиет- . рзльнкх acpç-KOB // Усечгнко В.Ы., Мириченко В.Я. ,'Л1;иголь A.B. Охрана подготовительных'выработок глубоких горизонта0 пахт Западного Донбасса: Обзор ЦШоКуголь. - 1,1., 190?.. - С." Э4-43.

Г. ¡fc-i-iîPKKO С.П. О.'спенке пород из контуре выработок при их "" пр)г«д:--,;1: // Таг ::г. С. <13-Ы>. - ■ . _

. îv\ .ЧуС!'.Г:;:'"1 Ci Л. .ПСДЯ^ЛКГОС ГЬ креп;! ГО""'Ь'Х l>t«;«jK0T0K -ГШ! . ; т •/:>■•.; г-;!"_. М-'Х '"^'.уЯХ '' Тз|' ' -3". < О. - iV ~"'А. " : ' "■

11. Цуеиешсо G.II. Управление разрушением нрикантурьих пород с помощью анкеров// Управление состоянием! иредг-лы-ю-нап^п.и ншк пород: Сб.научн.трудов / Л" Украины". Ин-т гоотехн. ».ехашши -К.Наук.думка, 1992. - С. III-II7.

Авторские свидетельства •

12. A.c. 669007 СССР, ШИ Е02Д 3/12. Иньектор для нагнетания

в грунт двухкошюнентных аакреплящих растворов В.Т.Глушко, Н.В. Симаков, В.П.Нечаев, С.П.Цусиенко и А.И.Бедило. - Опубл. 25.06.7<j, IV-л. !? 23.,

13. A.c. 679693 СССР, ШИ ЕО.'^Д 3/12. Ипьсггор В.Т.Гтушко,

A.В.Балдин, В.В.Давыдов, С.П.Цуеиенко и В.Н.Филиппов. Опубл.-15.08.79, Бюл. Г' 30.

.14. A.c. 964169 СССР, ИМ Е21Д ;j0/00. Способ нозбоди.пя анкерной крепи и устройство для его осуществления. В.Т.Глушко, А.Х.Пи-коленко, С.П.МусиенкО, В.В.Давцдов, И.М.Коган, И.Н.Лун.'Н!, Д. , Е.П.Зсликович. Опубл. 10.10.82, Бюл. 37.

15. A.c. 972128 СССР, 1ЖИ Е21Д 20/00. Нагнетатель для заполнения скважин закрепляющим раствором при установке анкерной крепи

B.Т.Глушко, В.В.Давыдов, С.П.Цусиенко, И.Г.Абдульмвнот, Г.В.Ировои и А.В.Аупапу.' - Опубл. 17.11.82, Бюл. » 41.

IS. A.c. 1086178 СССР, МКИ Е21Д 21/00. Анкерная крепь

C.П.Цусиенко и Г.В.Провой. - (Ь^л. 15.04.84, Бол. I? 14.

. * .

17. A.c., 1305308 СССР, Ш Е21Д 20/00. Способ установки анкера и устройство для его осуществления Б.Ц.Усаченко, В.В.Виноградов, С.П.Цусиенко, - - Опубл. 23.04.87, Бюл. J? 15. -

18. A.c. I7I4I43 СССР, ЖИ Е21Д 11/10. Смеситель набрнзгбе-тонной маишны А.Ы.Селезнев, В.Ы.Усапенко, С.П.Мусиенко, В.В.Прохоренко, В.З.Котлярепскип, В.3.Обух и Б.А.Коваленко. - Опубл. 23.02.02, Сил. !'-?.

■ 19. A.c. 17897II СССР, UÜ1 Е21Д II/I0. Устройство для выпол-

нения набрызгбетонньк работ Е.Я.Кухар».Ю.В.Байнов, Е.В.Кухарев, Л.И.Прокопишш, . Б.М.Усаченко.С.П.Мусиенко. . - Опубл. 23.01.93, Бюл. N 3. "

¡20. А.с. 1810S55 СССР, МКИЕ21Д 11/00. Установка для анкерованпя В.Я.Кухарь, Ю.В.Еайнов, О.М.Сыпченко, Б.М.Уса-ченво, М.А.Выгодин, В.В.Евтушенко и С.П.Мускенко. - опубл. 23.С4.93. Еюл. К ID.

AUiiUiAT IOiJ ■

Musienko S.P. Development of methods and means for increasing the stability of underground workings in weakmeta-; morphic rock masses

A .thesis (Manuscript) for the competition of the scientific degree of. the scientific degree of .the candidate of technical sciences on the specialty СБ.15.02 - Underground . mining, and 05.IB.11 - Physical processes in mining,, institute of Geotechnical 'Mechanics of N'AS of Ukraine, Dnepropetrovsk,' 1995.. ' . ' ' - :> . ' '

There have been found properties and features of alterations in he failure process of side, root' and floor rocks under the influence of local disturbances, determined the parameters of technology and main requirements for development of the means of increasing ths stability of undergrouno workings. The results of the thesis have been published in eight papers and defended by nine patents. These results are also included in industrial methodics and technological modes. Besides, some special techniques have been. developed and introduced in mining.

АННОТАЦИЯ

Щсиепка- С.П. Обоснование способов и средств повышения устойчивости горных выработок в слаСометачорфпзовалных по-родких МаССПВаХ/

Диссертация (рукопись) из сопскаппэ ученой степени кандидата техкмеекшс наук по специальности 05.15.02 - подзем-наг. разработка ыесторо:*ден;;й полеснш пскспасшх и 05.15.11 - фпэнчеагае процессы горнего производства, Институт геотехнической механики НАН■Украины, Днепропетровск, 1995.

Установлены закономерности изменения процесса разрушения приконтурных пород под влиянием легальных воздействий, обоснованы параметры технологии и исходные требования на средства повышения устойчивости выработок, отраженные в 8 статьях и 9 изобретениях. Результаты работы вошли в отраслевые ыетодикл и технологические регламенты. ' разработаны и внедрены способы' и технологическое оборудование.

■ Ключсз! слова: Еачта, гхрськ! пор: гс. впробок

Шдлисано додруку 23.11.94. Формат 60x84/16. Пашр друкарський. Офсетний друк, Умовн. друк. арк. 1,0. Умовн. флрб.-вщб, 1,0. Тираж 100. Замовленнх N 680. Замовлене. Видзвничо-полкрлфишеорснднешдпрксмство "Днтро" ВП011 "Джпро" 320070, м. Дншропетровськ, вул. Серова, 7.

АВТОРЕФЕРАТ В1дпоь1дады1ий за випусж В. Г. Перепелгця