автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование условий подработки пласта и способов повышения устойчивости выработок весьма сближенных тонких антрацитовых пластов

>Г5 ОД

V б СЕН V;-КИНИСТЁРСГВО ОБРАЗОВАНИЯ УйРАШИ

ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВО«^ ТЕХШЧЕШЙ ЖЖЕРОТШ

На правая руколпся

Мордасов Владимир Иванович

опошозшз устошй годрлетт гилта и

СПОСОБОВ ПОВШШШ УСГОЙШЗГСШ ШРЛШТСИ ВЕСШ СБДИКЕШШХ ТОНКИ АНТЕЭДГГШЫХ

шстга

Специальность 05.15.02 - "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых''

Автореферат

диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Донецк, - 1994

Рабата выпогкена в Донецкой государственной техническом * -университете

Научный руководитель - Заслуженной работник высаей скопы Украина, доктор технических наук, профессор и.П. Зборцик

С^ициаяышз сппоненти: Заслуженный деятель наука Украины, доктор те»!, щук, иро^. Ошкцкнй К.5.; ста реи Я научный согрудазж, сагу?. техн. наук Бахтин А.Ф.

Бадуцае предприятие - производственное объединение по углл "Тсрезантрацнт"

' Зачета состоится "14 " ОКт£Ё6Д 1094 г.

в \2°° часов на заседании специализированного совета Д (£5.20.02 прл Донецком государственной техническом • у*!аверситате по адресу: 340000, г. Донецк, уя. Арте«1, 56.

С диссертацией некие ознакомиться в библиотеке университеты

.А£тар*4грсл разослан " Ь " ^СЛЧл^Л^Н^Я,1^ г •

•Ученый секретарь вде;шздызйрс2&>ШиГО соьета доктор техн. наук, профессор

в-к. чшшш

0Ш.\Л ХЛРАКТЕРИСШКА РЛБОТК

Актуальность работы, В ближайшие годы в топливно-энергетическом балансе Украины долг! у г «я будет составлять не менее 80-90%. Чтобы обеспечить рост добичи угля и производительности труда в отрасли, необходимо располагать достаточен количеством запасов дня успешной работы большого числа шахт в 'старых угленосных районах Донбасса. Особенно остро назрела рта проблема при разработке антрацитовых пластов. В частности, в Тор<?зо-Снежнянсксм угленосном районе на многих шахтах практически исчерпан» балансовые запасы. В полей по объединении "Тор: :• антрацит" около 60$ антрацита добивается из забалансовых пластов или пластов, ранее считавшихся безвозвратно потерянными.

Традиционно весьиа сближенные подработанные пласты евдтали непригодны«! для последующей стработни, поскольку по существовании» геокеханическии представления« при вкеике нижнего-пласта они попадают в зону беспорядочного обрушения пород кровли (пород межг^'п-истья). В разные десятилетия изменялся критерий сближенности пляс- яа который принималось в основной отношение мощности пород ыкяцупластья к мощности подрабатывающего пласта. Современные представления о $ор~ мировании обрушенной и уплотненной тощи пород ме:*дупл"стья требуют пересмотра этого критерия, что даст возможность вовлечь э отработку ранее подработанные и считавшиеся потерянньага seci.ua сближению антрацитовое пласты Тореэо-Снсжнлнского и других угленосных районов.

Разработка весьма сближенных пластов усложняет решение вопросов охраны и поддержания подготовительных выработок, примыкающих к очистным забоям. Это обусловлено тем, что необходимо учитывать взаимное влияние горных работ в пластах и применяемых способов охраны участковых выработок. Больная сближенност. чластов шяяяг.г-чет свои особенности на выбор охранных конструкций у выработок пласта, который отрабатывается первым в свите. Кроме того, изыскание простых и удобных способов повышения устойчивости выработок весьма сближенных тонких пластов будет способствовать ликвидации трудоемких ручных работ на их т.«держании. В свете изподенного решение ви» пеперечисленных вопросов позволит продлить срок службы ряда шахт я улучшить технико-экономические показатели их работы.

Работа выполнена в период учебы в заочной аспирантуре и многолетней производственной деятельности автора на шахтах Тореэо»Снеж» нянекого угленосного района, отрабатывающих антрацитовые пласты на глубинах 400-600 и и более. Условия ведения горних работ на этих

uüxrbx практически является типовыми для антрацитовых районов Донецкого бассейна,

Цальв работа является обоснование условий допустимой подработки илиста и способов «оишотш устойчивости выработок при разработки веста сближенных тонких антрацитовых пластов.

Имея рботи заключается в использовании геоиеханмческмх осо-üciüiüCTeii 4ормироьь»шл &ош- обрушенных пород при отработке подрабат» вашего пласта и взашосвизой деформирования систеыи "крепь окру--породи - тиа ох^тГ при поддержании подготовительных н'ыра® боюи письма сближенных пластов,

Ий-touu ьсслецования» Для достижения иостаилв!Шой цели в рябо-то использован комплексный метод ассяедояашя, включающий обобщение и ышлиз опита отработки и. охрани выработок весьиа сближенных пластов, ынэгольтнме производственние наблюдения за поведением пород в окрестности выработок при ьедоняи горных работ в смежных пластах, npouuüi.ciün.R окснерниент по оценки структуры и стопеки трещиноватое тк обрученных и уплотненных пород иеждуппастья, аналитический иссло*. дования с исиаяьзоьаниец истодов строительной механики, промнвлен-нис испытания и внедрение разработанного способа повышения устойчивости ьириботок с использованием рамно-анкериых крепей.

Научные tpjoxeii*fl,Tex<ja логические и технические решения, выносимые т. оацг1ту, и ji). нооизни.

1. Экспериментально в шахтнкх условиях при отработке тонких антрацитовых пластов установлены особенности структуры зона обру-ввшшх и уплотненных порой кроьаи подрабатывающего пласта, закпю-чхшциеся в сохранении сплошности толщи пород ыегедупластья м распространении актуально заметной .снегами вертикальных трещин ь слоях на высоту до ,мощностей отработанного пласта.

2. Ооосновапы принципы и параметры расположения и поддердшння участковых подготовительных выработок при раздельной подготовке и разной очередности отработки весьма сближенных пластов, учктдоавао-щие тип, размеры и характеристики охранных конструкций, возводимых у выработок под- или иацрабатьшающего пласта, т.е. отрабатываемого первым в свите.

3. Для условий больших горизонтальных сближений боковых стенок поддерживает« выработок разработан и экспериментально подтвержден способ повышении их устойчивости, заключающийся в совмещении процессов упрочнения анкерной крепью пород бермы выработки и повышения бокового отпора постоянной рамной крепи за счет установки усиливаю-

В1ИХ ганатннх стгагек, закрепяясмих ашсерэмн и свпзиваицих рампу» крепь п каркасную систему.

4. Шадт1',№и испытаниями подтверждена практически синхрошгая ■ работа элементов ргтно-анкерпой крепи при применении податливых лл» керов и сто парных опорных плит, обеспечивавших поит еинкЯ и примерно постоянный режим сопротивления воздействию боковых пород.

Достоверность научных положений, рпяработаннм* решений, выводов и рекомендаций подтверждена: представчтельиыл? данными многолетней практики разработки тонких антрг.цитовнх ;тсв Торезо-Снежняиского угленосного района; натурный* наблюдениями за поведением пород в окрестности выработок при разных условиях их расположения и охраны; проведением трудоемких шахтных экспериментов по вскрытию специвльпи» ни выработками весьма сближенного подработанного пласта; испольэов*»» кием фундаментальных положений механики подземных соорутчшй и отроательноЯ механики; успешный результатами премгаяетга испытаний и внедрения нота технологических и технических реасиий по обеспечению устойчивости подготогитедъных гкрабстох весьма гбли-*сн-пластов.

Научное значение работы заключается в расширении позиаикЕ! протеканий геоиеханических процессов и формирования сонм обрученных и уплотненных пород .в подработанной толще антрацитовых' .«¡стсратде-ний, харчктерчзуящихся высокой степенью метаморфизма и - поведенной прочностью рмщащчх- пород, в установлении особенностей смешений пород контура выработок при эалегаиин в их кровле мощных и прочных песчаников, в доказательстве необходимости учета совместного и • Одновременного взаимодействия.системы "крепь - окруяащие породи тип. охраны" при решении вопросов обеспечения и повтеения устойчивости участковых выработок'При разработке весьма сближенных пластов. Практическое з начете работу заключается в следук?дем:

- обоснован критерий допустимой подработки весьма сближенных-тонких антрацитовых пластов, составяявдий не менее четырехкратной мощности•подрабатитагацего пласта и позволяющий отработать запасы, ранее считавшиеся безвозвратно потеряннюю;

- установлены параметры расположешя участков?« подготовительных выработок в весьма сближенных пластах с учетом охранных когттругашй у выработок под--или подрабатряахцвго пласта;

- разработан и доведен до прогдьотенного янедрзяия способ поете-ния устойчивости выработок, основанный на использовании рзмкр~зи~ керной крепи, увеличивающей прочность пород в боках выработки и

сопротивление крепи воздействию этих пород;

- разработан метод оперативного выбора рациональных параметров установки анкеров и зависимости оч горпогеологических н горнотехш» wsciaix условий поддержания'выработок.

Реализация ьыводов и'рекомендаций работы. Основные прикладныа результату работы используются на ¡пахтах Торезо-Снекнянского угленосного района, В частности, благодаря обоснованию допустимого критерия подработки весьма сближенных тонких антрацитовых пластов появилась реальная возможность продлить , срок службы ряда шахт и отра»-ботать 31.0 млн. v запасов ранее подработанного пласта ¡Ц Под.. реыовского. При отработке этого и других весьма сближенных пластов при выбора параметров расположения участковых выработок о зонах раз* грузки под« или надработанного пласта учитывается тип и размеры охранных конструкций у выработок ранее отработанного под- или иадраба» тываицего пласта. Способ повышения устойчивости выработок путем воз»» ведения ра!шо.*анкерной крепи широко инедрен на шахта "Миусская" объединения "Торазантрацит", при stojj рэальный годовой экономический е$($ект составляет 230,0 млн. крб. Результаты исоледовашй вошли сос^ тавной частьп в нормативный документ "Методика расчета параметров раико-анкеркой крепи", разработкуй институток и Днап рогкпрсиаг.т" (1994 г.). '

Апробация работы. Основные результаты работы обсуадались и по* лучили одобрение на 1У конференция "Молодца уисто - научно-техническому прогрессу в угольной промцаяешюсти" (Донецк, 1934), на вс& сова ном каучио-техлическом совещании "Пути улучшения состояния гор> них выработок" (Донецк, 1989), на технических советах и совещаниях объединения "Торезантрацит", ка кауцио^тохничоских .конференциях До» лзцкого политехнического института.

Публикации. Но теиа диссертации опубликовано 9 паучник работ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из 'вЕодешш, 4D« Ttpax глав, ааклаченик, наложена ка 118 страницах иапинописного текста, содержит 23 рисунка , таблицй список литература из 63 наименований и приложения,

. основное оодвташе работу

Проблема разработки сближенных пластов традиционно и постоянно находится б поле зрения горной науки и практики. Ей посвящено боль® вое число исследований. Анализ их показывает, что..наибольший удепь-ный вес занимают вопросы выбора очередности отработки пластов d саи>

тэ, охраны и поддержания участковых подготовительных выработок при совместной или раздельной подготовка и отработке пластов в пределах этажа игп яруса, крыла шахтного поля, панели, блока, горизонта. Большинство авторов ранее выполненных работ ечятаг.т более директивной отре;!отку сближенных пластов о использованном групповых участковых выработок. При отгм а равной нерв приемлем как 'нисходящий, так н восходящий порядок отработки л wem,1 а .сг.'лте, В случае разработки весьма сближенных rvjroe рекомендуется принимать только нисходящий порядок их отработки. Ото обусловлено требованием сохранить смежный пласт пригодным для его посг.оду*'«сй разработки. Все едачодушы в том, что в сближенных пластах нельзя оставлять целиков угля.

В последние десятилетня я рлнеэ пополненных исследованиях вся настоятельнее рекоке»«уется последовательная ограб ь •, сближенных пластов в пределах крыла пахтного поля, панели, d — , горизонта. Это значит, что каждый пласт следует отрабатывать на ссбствс-шке участковые подготовительные обработка, а группирование осуществлять па наклонный или горизонтальные? подготпйл:<яя»г,-13 выработки. Такая ' разработка сближенных пластов с каждым годе« подумает все болкшо прнзш.ние в практике работа пахт, ссобсшо с увеличенном глубины разработки и ухудшением условий ведения горнах работ. В эт- случае нет четких обоснований выбора мест расположен« и охраьы участков'« подготовительных выработок в смежных весьма сближенных пластах при разной очередности их отработки а езите.

Применительно к восходящему порядку отработки ебяизеенкке -пластов сгитн в предыдущий период :л сейчас руководствуется допуст«?«';д критерием подработки пласта. По мере накопления знаний и опыта разработки этот, критерий претерпевал изменения* Согласно сущеотрущим норматяшкя документа« подработка сближенного пляска допустима, если тщнееть пород междуплаетья равна или больше 0-г» щппюЯ кшюсга по.гщрабатьгве.ющего пласта. Это? критерий является иСдич для всех угленосных районов. Для антрацн'.'овых пластоз, оалогяари: з более прочных И УСТОЙЧИВЫХ породах, ОН ЯШ1Я8?СЯ счезиднэ oa;;sm»;liKM и трсбузт »кепориизнтаяьнеро уточнения. Та ¡сак иэоо'ходикевт« прверха сбуслов-лена и тел, что на верхних горклой-tx я»г-л«ы ряда г.одр'лботзкинх , scchm тонких 71 весьма сбл;:чсн!Ж пхаетоэ itcwcecfpw»«» и со:: разить к отработке.

Разработка сблйжешшх пяастся уелодшгв? ¿о:;рзе&я охраны

и поддержания участковюс выработок по о оди-

ночного пласта. Дазхе при рациональной пяакнрепко горних р.бот в

сиехшх пластах всегда существует необходимость ликвидации трудоемких ручных работ на реазнге и поддержании участковых выработок. Согласно опьггу работы шахт для тонких антрацитовых пластов с прочнь&ги и уетойтавьагл: породами кровли часто характерно интенсивное рааруро-ила Соковых стенок Еуработок. Для таких условий необходимы технологически простые к сравнительно цадеяниа способы повышения устойчивости участковых подгставктельцьпс выработок.

Ь саете изложенного сформированы цель работы, еа идея и поставлены следующие задач« исследований:

- зкспериыентально в ¡¡атурних условиях изучить структуру.« на-ру;ланность тогпш пород иаздупластья и верхнего весьма сближенного антрацитового пласта, ранее подработанных нижний тонкий пластом с применением способа управления кровлей в лавах полньи обрусением;

~ на основе -накопленных исследований и практики работы вахт разработать принципы я установить параметры расположения участковая подготовительных »¡»-работой в смежных весьма сближенных пластах прл раздельной нх подготовив и разной оче-редностн.отработки в пределах крыла поля, па^аяк, блока, горизонта;

- для ь ¡„работа к с большом горизонтам ьнши сближениями боковых стенок обосновать, у. внедрить простоя и надежный способ повшения их устойчивости, учитывающий, совместное взаимодействие окружающих вщ\&> Сотку пород с охранной конструкцией со стороны лави к.возведенной постоянна!! крепь,я.

Б йрактике работы ыногих вахт в первую очередь стремятся разрабатывать пласты сравнительно больней мсциости и залагаюцне в луч-сах виещащих породах. Это.привело к тому, что ряд весьма.сближенных пластан, особенно весьма тонких иодностыэ до 0,7 м, оказались подработанными и запаси их считались безвозвратно потеряшшмк. Такое убеждение и часто окончательное рекише базировалось на издавна принлюи представлении, что высота зоны' хаотического обрусения ила витенсиьиогс дроблеиия пород кровли подрабатывакцего- пласта достигает по позади к »{¡»пластоьанид 6-8 мощностей пласта. Однако иссле-доеаниг^и догьзапо, что в подр&о'оганной тбяце преобладает.упорядоченное сседание н уплотненно пород. Б зоне обругетшх пород имеется два подданы: иеькодробшшй слой пород иои,иостьс, как правило, иеньа ой у сплести пласта; ыде отого сг.оа [лсаояагаетсй под-

зона упорлцсчешзй урвцил>»&тое*« пород, представлямцая собой блочную ср&ду (а».;Г.ог-ич^уй бгарастворной кирпичной кладке). Поскольку с угь&лчыиеа «рчлсстк содр&бг.т&шаае пород и уменьшение!! иоццости ш

икиаеяого-.пласта возрастает блочность обругеккпх л уплоткв!Яяяс пород, то для тонких антрацитовых пластов (марки углей Т я А) крч-тсряй ЙолыпоП сближенности пластов' (менее б-ти испхкостеЯ гсдраСат»«' пасшего пласта) является елкяко;! зчвотеии;». Доказательство?;) мат.ет сяут.ять только це лена прав я енный прстэт^ткЯ эксперимент, выполненный наки в условиях пахты "¡/иусскзл" о?-1-- ¡т-енкя "Торсяаитр?.-«ят". •

Расстояние метлу весьма с0лкгенк!?«п г ласт?*« /ь' и /.'^ по иор*аяя 5,0-5,3 м, мощность их соответственно 0,£>5-0,95 м и 0,5-;< 0,6 п. В толще иеждуп.тастья в гопосредстаенноЯ кроэл-з пласта Ь^" залегает аргиллит кучерявой структуру мо::;чзсг:.я о? 3,5 до 1,8 и, вкге расположен плотный и однородный оргиллк? прочнзетьа кя едко-осное статно 45-£0 ЙПя, В креляо верхнего п.тсста з&яегшт пе>г»1а«сп мецностьп АЬ~60 м и прочнеет!-« на с-катяо Ю0-1Г0 !Я1а. Оустл причер» на через год с нижнего пласта на перглгий а сбругеиимк и уляотнетя.-х породах пройден гезенк. В нргцессе его нронедап'л ряэупльнэ (с использованием лупы) изучали структуру ;? треамйгатогть парад, горесс-каемой толз;и. Установлено,- что ковкость слон "но*"г-гесги сСругенню; я уплотненных порзд примерно равт ипи:ссг;1 ограбет.-:~-:сго пласта (0,8-4),9 и). Вьседега-.пе сдои аргпллитоз мглдупластья "аслэяагггтся а толпе аналогично первозданному эалегишо пород. 3 этих слоях прос^атривавзаяся в площади забоя гезенка »рет^полатсс?» распространялась па е:.:ссту прдорго до 1,5 н, лр? эгоч по нгре удаления ст слоя хаотически обгугеикых пород умоньлгагась частота трески. В гелем видимее влияние (по клрузагнссг;:) зь-енки ггечнзго пласта на породы исядупяастья сказыпаетсл на высоту, которая правъг-ззт примерно 3-х мощностей подрпбаткаягчего п.тсста. 3 грс^юзой разрезной печи по верхне- пласту в аргиллитах сто почга не ебьаг^'жено • каких-либо лзругениЛ или мяимзве открытых тргхли Агплсг.г?чь:г результаты получены и при других яс:<рптхях г.ерхнего пласта, с. также з прсг.зссе его ркгшш. На оспоезн;."! этих яро?'гпге.г:н:.зс гкеп-гржг^'. • сдэгтин Р!.ч» под, что подработка вссы.га сбл.'лепкь-х антргятсгьэс пл^стоз тегсгомл пластами мсплгастьл до 1,ч, отр^ста;:;-!:.".! с с-0-ру;-, см теолл;:, члолг.о допускам пг:* моднее::;: ?;г м зке-г 4-х :гр.аг;тЛ

яоциэстя лсдрабатиеагл'гго пласт.

Почти порсскестксо пр'.'нензкиз в г.р.гчтзхе рзярзбот-ки

сбЛ1«?гаг« пластоз а продэдах :грила ксад, яанехл, Сдс.'ь, горвзента обуслозлеко ряден причин технологического ;« гес.чзх~л:тс.{ого харао . тера. Среди них предваритель:пя над- к ли л одра 3 о т.ча япзгег» которая

позволяет улучшить устойчивость участковых выработок за счет исключения их под- или подработки и создания во вмещающей тоще зон раа-грузки. Подготовительные выработки смежных пластов лучше всего располагать ь зонах разгрузки. Согласно многолетним практическим наб-явлениям автора на весьма•ебмивнных пластах при бесцеиикоьой отработке запасов первого над- «ли «обрабатывающего пласта не .учитывается степень влияния в будуцом ирнмктмх способов охраны участковых вы» работок на производство горни'* бот в смежных пластах. Установлено» что с точки арании раздельной рпщ»аботки весьма сближенных пластов принимаемые решения к ьоэв^к-яйк; зхракннх искусственных конструкций у выработок со стороны лшш а »но противоположные: дли участковых выработок ялд» или подрабатынакчцего пласта охранные констру»ции должны обладать как можно большей жесткость» (иметь малую податливость); при выемке смежного- иод- или надрабоганного пласта кх вредн ноа влияние целесообразно исключить или свести к минимуму.

Успешна« разработка весьма сближенного под- или надрабоганного пласта тесно связана с выбором места и'параметров-участковые выработок по отношению к таким те погашенным выработкам и оставшимся охранным конструкцию* возле них на смежном ранее отработанном пласте. Во всех случаях следует руководствоваться рабочим правилом, заключающимся в том, что в весьма сближенных пластах нельзя распо^» лагать выработки в одной вертикальной плоскости'(вствора). На под-или надработанном пласте выработки, примыкающие к лавам, целесообразно проходить и поддерживать'в зонах разгрузки, сформировавшихся ранее во вмещающей толще в период отработки смежного под- или над» рабатйааацего пласта.

Принципы выбора мест и параметров расположения участковых штреков при отработке запасов весьма сближенного над- или подработанного пласта представлены на рис. 1. Конкретное место располозшшя выработки в надработаиной толще определяется проведением граничной плоскости М по углом 45° к нормали Н , а в подработанной « граничной плоскости М' под углем 65-70° к плоскости напластования пород. При наличии у погашенных выработок верхнего пласта охранных конструкций (бутоьызс полос, костров, стенок и т.д.) нормаль // следует проводить в плоскости их кромки со стороны^ выработанного пространства бывшей лавы. Чтобы лучые использовать в подработанной : пласте 2 принцип разгрузки вмещающей толщи, не следует в плоскости пласта 2 относить штреки от граничной плоскости М на расстояние более 3-5 ы. Отработку запасов весьма обличенного под- или надра»

~ -Ю- '

Рис. I. Расположение участковых выработок при раздельной отработке весьма сближенных пологих пластов: а - в нисходящей порядке; б - го по, восходящем; I н Ü - очередность отработки пластов; fl -мощность иейдупластья.

батывакдего пласта следует вести системами, обеспечнвакцшл пши-» иальное возведение гроиоэдких и аеетких конструкций для охраны подготовительных выработок', примыкалцнх к огглстнгл« забоям. С зтаЗ ?с*:~ ии зрения лучшей является столбовая система разработки е'обработкой лав обратно ходом и -иогаиониои }^с?ковда. вуадбот^к позади оио ного забоя.

Для многих тонких ант ради тор »-п-: пгастов, в той число и вззьиа сближенных, характерно залегание и кропло достаточно прочных н уе» тоПчивых пород. В таких уелогглях подготовительная выработки, при«« цыкающие к очистным забоям, проходят узким ходом с подрцвкоЯ пород почвы н со стороны лавы охраняю? искусственней конструкция!'!! (бу=> тоиыми полосами, стопка};» из бетонных блоков, кострами'в оотзтаийп с органкой и т.д.). Поскольку в лавах применяют управление кровлей полным обрушением, охранные конструкции выполняв? роль рзяучой оно» ры и защищает гзтрекп. от вредного' воздействия о^руаений и оседигай

• -¿А- -

пород над выработаннш пространством лавы. Давление оседающих к зависаниях пород охранные конструкции передаст на почву отработанного пласта, что в конечном итоге приводит к разрушению пород бермы игреков, большим горизонтальным сближениям боковых стенок выработки н выдавливанию пород почвы. При таком механизме проявлений горного давления возводимые в штреках постоянные рамные крепи не могут противостоять развивающемуся боковому давлению пород, что приводит к большим деформациям и разрушениям крегш н необходимости производства трудоемких ремонтных работ.

Разработка и изготовление рамных крепей, компенсирупцих больси» боковые давления и смещения пород, - это достаточно трудная и сложная яадегта. В работе использован технологически простой и реально осуществимый способ повышения устойчивости таких выработок. Суть его заключается в одновременном уменьшении горизонтальных сдвкжонаП пород бермы штрек." и повышении сопротивления возведенной рамной крепи боковым нагрузкам путем установки анкерной крепи и горизонтальных канатных стяжек. Протянутый вдоль боковой стенки выработки канат жестко закреплен установленными между рамами а^ ерами. Он опоясывает ножки постоянной рамной крепи и выполняет роль дополнительной усиливающей крепи. Такая комбинация крепей (рамной, анкерной и канатной) представляет собой взаимосвязанную груэонесуцую конструкцию.

Теоретические исследования с использованием методов строительной механики показали, что при наличии в выработках больсих горизонтальных сближений боковых стенок по периметру арки возникают и действуют больше иогибающие моменты, резко укенмаещие несущув способ» ность крепи (рис. 2). Согласно расчетам при радиусе свода арки = 2,32 м, длине прямолинейной части ее нояшн h = 0,9 м и относен»; боковой нагрузки к вертикальной ß ~ 0,6-0,7 несущая способность арки достигает максимального значения Ö = I0Q&. При ß > 1,0 значения d существенно уменьшите л. Так, например, при ß ~ 1,5 несущая способность арки составляет только 47% от ее максимальной величины (см. график рис. 2,6). Усиление арки анкерами и канатпкж стяжками увеличивает ее боковой отпор. Анкеры при этом увеличивают н несущую способность пород бер*(ы. '

Для типовых сечений выработок и их крепей влияние нормальной я перерезывающей сил на напряженное состокшо материала крепи, как правило, не превышает 2~3$. Позтояу практически задача сводится к минимизации максимумов изгибающего момента по. периметру крепа, Fese-

'■ • " ■ ' -¿2- - С -

а

N

Распределение па периывтру арочной крепи цакеииальних пзгг.йатнх пс:;ектоз (а), завнсииастн уиень™онил

3

несущей способности арки (б) от параметра р и уненьсзниа максимального изгибающего моиента (в) от числа анкеров, устаноаланных в калдоП боковой стенка выработки.

ш:з этой аадачя осуществлено с учетом «еханнчвской связи анкера и арка. При атом учитывались два параметра анкера: несущая ого способность (максима лыюо усилие извлечения) и иесто установки по аиеотз от почвы яиработки. Эпюры показывает (cu. рис. 2,а), что npst применении анкеров (сплошная линия) в 2-3. раза уценьааатсл величины »аксиального нзгибанцего момента"Мщщ по периметру арки по сравнении а отсутствиеи анкеров (пунктирная линия). Если', например, при Г» »2,22 и, fi - 0,9 ц u jl « 1,5 установить по одному анкеру а бохах выработки, то значения Mmix уменьшаются до 36Х (почти з 3 pina). При 1(алипия 2 и Ü анкеров значения Мтах уменммаптсп соотватотм cfthHo до «¡2,5 н í'?% (си, рис. 2,в). Следовательно, практически на» цзя&сссбразно устанавливать более 2-х анкеров а каждой боковой степ» кз выработки.

Чтобы'улучшить работоспособность рашю-анкорной крапп, усовор*. генстионанио ео конструкции осу^встплено и двух направлениях: соэда-на новая конструкция стопорной опорной плитн; впервые реализована а

-íxr

практике податливость ашсера .за спет эластичного замка (резиновой втулки со стопорными е."-ментами).

Опорная пиита даст пояняшюсть заменить нижний анкер и imict няет функцию его податливости-путем поэтапного скола породных приз! под действием боковой нагрузки йа ножку арки. Вместе с тем она предотвращает вдавливание ножек арки в породы почвы за счет увеличения ее площади. Разработана такте технология изготовления опорно® плиты из отходов спецпрофиля или из бывших в употреблении элементов арки. Расчет параметров опорной плит:- (угла наклона стопорного оло' ывнти и величины сопротивления плиты боковым нагрузкам) выполнен с учетом ее взаимодействия с породами почвы и ножкой арки.

Необходимость применения податливых анкеров для повышения устойчивости выработок обусловлена тем, что постоянная арочная крепь гиеет боковую податливость до 100 мм. Если применить анкер с вестко. характеристикой работы, то он но будпт работать синхронно с аркой в податливом режиме н выполнять своего назначения по уменьшение максимальных изгибающих моментов по периметру арки. Ил условий раве!1-ства усилий закрепления анкера в шпуре и несущей способности его стерт,кя получены формулы для расчета минимальной и достаточной длины эластичной втулки до ее сжатия и п сжатом (рабочем) состоянии,

В явном виде невозможно получить формулы для расчета оптимальной несущей способности анкеров и места (высоту) их установки от подошвы выработки. В связи с этан на основе численного анализа выполненных решений разработана инженерная методика выбора этих параметров. Для оперативного практического выбора параметров разработаны номограммы.

Промышленные испытания рамяо-амкерной крепи проведены в борто* вон штреке 14-й восточной лавы шахты "Миусская" объединения Торез-антрацит". Испытаниями установлено, что сближения боков выработки при таком способе повышения ее устойчивости уменьшаются в среднем в 1,9-2,2 раза, кровли и поч^ы - на 20-30%. Характерно, что при этом степень повторного использования арочной крепи из спецпрофиля и ее элементов возрастает в 2-3 раза. В настоящее время я условиях вахта: "Кнусская" рамио-анкериой крепь» закреплены и лодаершваятся 800 м подготовительных выработок.'Использование такой кргпн резко укень» езет трудоемкость ручных работ на поддержании выработок и обеспечи» васт реалышй годовой экономический эффект 230,0 млн. крб. в ценах 1993 года.

»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дани научно обоснованные тазнологичзсЕсиз и технические разработки, заключающиеся и установлении критерия допустимой подработки пласта, обосновании способов и параметров повизенил ус» тойчивостн участковых выработок при раздольной отработка шсьма сближенных тонких антрацитовых пластов для восполнения запасов г:<ет и аффективного ведения горных работ.

Основные няучныэ и практический резузьтати работы заалвтастел в следующей.

1. Пр-т отработке с обрусением кровли тонких антрацитовшс плае» тов ыоцностьв до 1,2 и подработашая и уплотненная толг;а пород иездуплаетья из теряет сплосноети, породню•ояои а нэй располагается аналопгсно их первозданному э&легашю, визуально эаизггля система трески в слоях распространяется на аизоту до 2,5-3 исзиоегой ббтанного пласта. В таких условиях подработка вееьиа сбкс:з!й»а антрацитовых пластов вполнз допустима (с учетом) при иацности пяастья ко нзноо 4-х кратной мощности подрабатызайцзго пласта (21:25». то нормативно установленной болеа 6-ти кратной нсщносгл).

2. Отработка запасов ьссы-а сблклешюго под- или надрабатцгаз» цзго пласта досша осуществляться система«!!, обзспепиваггрши ктяп!« сальное возведение громоздких ц метких конструкций (бутовых ил:; литых полос, бетонных стеной и ?.д») для охрани подготовительна работок, пркныназчнх к 'очистка забоям (лавам). ИанСолоо прием,-является столбовая система разработки с отработкой дав обратно г.о-дом, возведением у выработок лап«« а достаточно податливых кокав»

• рукций и погазениса выработок по мерз подвигами лави.

3. На под«, или нздработаннон весьма сбяетзнноа пласта огапкл или ярусн'гз подготовительна вь-работии изобходйно располагать з зеках разгрузка, сформировавшихся во пмедо^ай 'вблизи охр^ггпп: конструкция езде з период отработка запасов под» или нздрабатцвас^зго пласта, 3 подработанной пласта изсто и паранзтри расположения ЕЕ:рал» боток опрздэляотая проведение« от кромки охранной конструкции у по-* гаженной выработки верхнего пласта граничной плоскости под углом 45° к нормали, проведенной в плоскости этой кронки. В подработанном пласте проведением от кромки охранной конструкции з шагнен плаота граничной плоскости под углом 65-70° к плоскости напластования пс« род.

4. Разработан и обоснован способ повышения устойчивости поддерживаемых участковых подготовительных выработок тонких пластов, в ус-

дояйях которых горизонтальные смещения контура (Законы* стенок выработки) является основной причиной деформирования и разрушения/ крени к рыдавлива!шя пород ночвн,'Способ базируется на использовании комбинации постоянная рамной, дополнительной анкерной и усиливавшей канатной крепей, взаимосвязано противодействующих большим Соковым давлениям и являющихся прогтичес-кн единой груэонесущей конструкцией,

5. Разработан оперативный метод (в виде номограмм) выбора рациональных параметров устаипэкм анкерной крепи в боковых стенках выработки в зависимости от горногеологгтасккх и горнотехнических ус<> ловнй ее проведения, охраны и поддержания. При этом обеспечивается устойчивое состояние выработки за счет компенсации давлений V! смешений гмедащмх пород рамнс-апк«рной крепь«.

6. Для предотвращения рдздрквчнил ножек постоянной арочной крепи из спецпрофиля в порс.нч прцод пласта и уьс мнения ее бокового отпора разработана, испытана и внедрена иэпг.я конструкция опорной плиты, изготавливаемой технологически просто из нсмерных отходов балок спецпрсфиля. При воздействии боковых давлений-реакция крепи повышается за смет 'взаимодействия стопорных элементов плиты с породами почгш. Смещения плиты сопроЕюждкгггсл последовательными сколами породных призм по'.п.н.

?. Пронтлеинию гсгнгтанипкч и внедрением нового способа повы-сеиия устойчивости подготовительны* выработок путем применения рай-но-анкерной .крепи установлена умнштив горизонтальных сближений контура (боковых стенок) а раза, почвы и кровли, (вертикаль-

ных) - на 20-30%, обьем работ по эамгне деформированной крепи и ее элементов уменьшается в Л-3 раза. Возведение дополнительной анкер*, ной к усиливающей канатной крепей в поддерживаемых выработках целесообразно осуществить впереди отрабатываемой лавы за пределами зоны проявлений опорного доплепмя (но менее 40-50 м).

8. .Использование уточненного- критерия допустимой подработки весьма обличенных тонких антрацитовых пластов только в условиях То-рзао-Снёзснянакого угленоснсгз района позволило восполнить 31,0 млн, т запасов и продлить срок службы ряда шахт. Широкое внедрение рам-но-анкерной крепи, работающей практически как единая грузонесудая конструкция, и подготовительных выработках .вахты "Ь'шусская" объединения "Торезаитрацит" обеспечивает в ценах 1Р93 г. реальный годовой оконанячееккв эффект 230,0 млн, крб. Установленные параметры расположения подготовительных выработок, в над- и подработанных весьма сближенных"тонких антрацитовых пластах используются при планировке

горних {«.бот путей выбора иест зьсечьн выработок н направлений их проведения.

X X

X

Основные »иучнцэ положения и прикладные результаты диссертации опубликован» в сл1;дуд/|пх работах.

Лорцисов У.И. Опит отработки сблихешшх нлаетса в условиях вах* антрицнтоицх районоо Донбасса. - В сб.: Нолодыз учение - науч-гю-техничеекому прогрессу в угольной ареиимтшшели: Тознси доклад доа респ.-науч.-токи« конференции. •- Домцк, Гадииська Донеччииа, 1384. ~ С. 179.

2. Зборщик и.ГЬ, Назиико И .в., Уорцасоа'li.ll. играна выработок в зонах разгрузки при отработке сбяняг.ншя пластов >-л Coai.ii.ux глубинах. - В сб.: Пути улучшения состояния горных ¡шрабо-юк: Теэкси докладов всесоюз. науч.-тохн. соле,цаглщ. •- и.: ЦЖ'Иуголь, 1039. « С. 18-19.

3. Збора;нл II. П., Иазимко В.В., Ыорпасоа 1;.И. О подготовка и очередности вьенки запасов при разработке сбднхенмих пластов // Уголь Украины. - ИьО. - № 1!. - С. 9-12.

4. Цорцасоа В.И. Охрана выработок в зонах разгрузки 1ци разработки сближенных пластов. - В кн.: Охрана виработок глубоких сах? з зонах разгрузки. - К.¡.Техника, 1991. - С. 174-107.

Ь. Мордасов Ь .11. О допустима мощности; иездупластья при подработке весым сближенных антрацитовых пластов // Уголь Украины. -

1992. - У 12. С. 13-16.

6. Збсрцик П.П., Уордасоя ts.ll. Расположение и охрана выработок при раздельной отработке сближеншх пластов // Уголь Украины. -

1993. - I» Ь. - С. Ь-10.

7. Ковалевская И.А., Цордасоа В.И. Опорная плита для крепи из спецпрофиля // Уголь Украины. - 1993. )> 9. - С. 29-30.

8. Мордасов в.п., Ковалевская И.д. Расчет рациональных пара« метров рамно-анкерной крени. - Днепропетровск, И ГГЦ АН ¿'крайни, 1993. - 22 с. - Доп. в УкрИНТЗИ 21.05.9,4., ¡.« 1009. - ук. 93.

9. Иордасов 13.11., Ковалевская И.А. Оптимизация параметров эластичного замка анкера по технологическому фактору его установки. Днепропетровск, ИГШ ДН Украины, 1993.. - х5 с. - Деп. в УкрИШИ 18.10.93., № .1259. - ук. 93.

..• Падимсм» « смаги ~%м)Л£l!û тираж

Изд. уч. изд. СиосоЗ печати офсетный. Донецкая юродская типография