Повышение эффективности использования рамных крепей угольных шахт Украины

Выполнен анализ проблем и путей их решения в области эффективного поддержания подготовительных выработок угольных предприятий Украины. Даны варианты решения отдельных геотехнологических задач....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2014
Автор:	Халимендик, В.Ю.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України 2014
Назва видання:	Розробка родовищ
Теми:	Розробка вугільних родовищ
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104539
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Повышение эффективности использования рамных крепей угольных шахт Украины / В.Ю. Халимендик // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 129-135. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-104539
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1045392016-07-13T03:02:53Z Повышение эффективности использования рамных крепей угольных шахт Украины Халимендик, В.Ю. Розробка вугільних родовищ Выполнен анализ проблем и путей их решения в области эффективного поддержания подготовительных выработок угольных предприятий Украины. Даны варианты решения отдельных геотехнологических задач. Виконано аналіз проблем і шляхів їх вирішення у сфері ефективного підтримання підготовчих виробок вугільних підприємств України. Надано варіанти вирішення окремих геотехнологічних завдань. The analysis of problems and approaches to their solving in area of effective preparatory mine workings maintenance on mining enterprises of Ukraine is executed. Variants of solving of particular geotechnical challenges are given. 2014 Article Повышение эффективности использования рамных крепей угольных шахт Украины / В.Ю. Халимендик // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 129-135. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 2415-3435 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104539 622.83 ru Розробка родовищ УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Розробка вугільних родовищ Розробка вугільних родовищ
spellingShingle	Розробка вугільних родовищ Розробка вугільних родовищ Халимендик, В.Ю. Повышение эффективности использования рамных крепей угольных шахт Украины Розробка родовищ
description	Выполнен анализ проблем и путей их решения в области эффективного поддержания подготовительных выработок угольных предприятий Украины. Даны варианты решения отдельных геотехнологических задач.
format	Article
author	Халимендик, В.Ю.
author_facet	Халимендик, В.Ю.
author_sort	Халимендик, В.Ю.
title	Повышение эффективности использования рамных крепей угольных шахт Украины
title_short	Повышение эффективности использования рамных крепей угольных шахт Украины
title_full	Повышение эффективности использования рамных крепей угольных шахт Украины
title_fullStr	Повышение эффективности использования рамных крепей угольных шахт Украины
title_full_unstemmed	Повышение эффективности использования рамных крепей угольных шахт Украины
title_sort	повышение эффективности использования рамных крепей угольных шахт украины
publisher	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Розробка вугільних родовищ
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104539
citation_txt	Повышение эффективности использования рамных крепей угольных шахт Украины / В.Ю. Халимендик // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 129-135. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.
series	Розробка родовищ
work_keys_str_mv	AT halimendikvû povyšenieéffektivnostiispolʹzovaniâramnyhkrepejugolʹnyhšahtukrainy
first_indexed	2025-07-07T15:30:29Z
last_indexed	2025-07-07T15:30:29Z
_version_	1837002632824094720
fulltext	129 УДК 622.83 © В.Ю. Халимендик В.Ю. Халимендик ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАМНЫХ КРЕПЕЙ УГОЛЬНЫХ ШАХТ УКРАИНЫ Выполнен анализ проблем и путей их решения в области эффективного поддержания подготовительных выработок угольных предприятий Украины. Даны варианты реше- ния отдельных геотехнологических задач. ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ РАМНОГО КРІПЛЕННЯ ВУГІЛЬНИХ ШАХТ УКРАЇНИ Виконано аналіз проблем і шляхів їх вирішення у сфері ефективного підтримання під- готовчих виробок вугільних підприємств України. Надано варіанти вирішення окремих геотехнологічних завдань. INCREASING OF APPLICATION EFFECTIVENESS OF FRAME SUPPORTS ON COAL MINES OF UKRAINE The analysis of problems and approaches to their solving in area of effective preparatory mine workings maintenance on mining enterprises of Ukraine is executed. Variants of solving of particular geotechnical challenges are given. АНАЛИЗ МЕТОДОВ КРЕПЛЕНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ В УСЛОВИЯХ ДОНБАССА Несмотря на значительные достижения отечественной науки и промышленности в области усовершенствования способов крепления подготовительных выработок их среднестатистическое состояние остав- ляет желать лучшего. В настоящее время объем крепления подготовительных выра- боток арочной рамной податливой крепью на шахтах Украины составляет не менее 80% [1]. При этом состояние большей час- ти выработок остается неудовлетворитель- ным. Более 30% участковых горных выра- боток после односторонней отработки по- лезного ископаемого находятся в неудов- летворительном состоянии, требуют ре- монта или перекрепления. При наличии слабых вмещающих пород повторное ис- пользование таких выработок в качестве вентиляционных достаточно затруднено. Особенно важным остается вопрос удер- жания выработок при отработке выемоч- ного столба прямым ходом. Применение традиционных методов крепления и технологических приемов в Донбассе в условиях больших глубин не- эффективно [2]. К арсеналу таких методов относятся: – крепление выработок арочной крепью типоразмерного ряда КМП-А3 (АП); – применение охранных целиков; – применение бутовых полос; – установка анкеров неглубокого зале- гания совместно с рамной крепью. На сегодняшний день, очевидно, что та- кие методы в условиях Донбасса не только неэффективны, но и экономически нецеле- сообразны. Рассмотрим причины сложив- шихся неудач. 130 Арочная крепь КМП-А3 (АП) является наиболее распространенным техническим решением крепления горных выработок и хорошо работает при условии равномерно- го проявления горного давления. Это дос- тигается когда боковое горное давление составляет 70% от вертикального (рис. 1). При таком соотношении нагрузок изги- бающие моменты в раме минимальны. а -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 0,2 0,7 1 1,2 Коэф. бокового отпора М m ax , к Н м 1 2 3 4 5 б -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 0,2 0,7 1 1,2 Коэф. бокового отпора М m ax , к Н м Рис. 1. Динамика изменения максимальных изги- бающих моментов Mm a x крепи КМП-А3 сечением в свету в стойках (а) и в верхняке (б): 1 – 9,2 м2; 2 – 11,2 м2; 3 – 13,8 м2; 4 – 15,5 м2; 5 – 18,3 м2 При отработке пласта угля в зоне влия- ния очистных работ коэффициент боково- го отпора уменьшается, поскольку увели- чивается вертикальная составляющая гор- ного давления. В этих условиях часто воз- никает прогиб верхняка крепи и крепь преждевременно теряет несущую способ- ность (рис. 2, а). Охранные целики малоэффективны при этом потери угля и высокая трудоемкость работ делают их экономически нерацио- нальными. В качестве примера приведем наблюдения за состоянием 13-го восточно- го конвейерного штрека шахты «Свято- Андреевская» (г. Ждановка Донецкой об- ласти). При отработке угля с вынимаемой мощностью 1,1 м и оставляемыми охран- ными целиками 5 м вертикальная конвер- генция выработки была примерно равна вынимаемой мощности пласта 1,0 – 1,1 м (рис. 2, б). При этом, по расчетам норма- тивного источника [3], при бесцеликовой охране расчетная нагрузка увеличивается незначительно (см. табл.). а б 1 2 3 Рис. 2. Фактическая деформация 13-го восточного конвейера на шахте «Свято-Андреевская» (крепь АП-5 из СВП-27 с замковыми соединениями ЗПКм, шаг крепления 0,8 м, с усилением деревянной стой- кой), охраняемого с помощью оставляемых целиков шириной 5 м: а – внешний вид; б – измеренные зна- чения конвергенции; 1 – вертикальная конверген- ция; 2 – горизонтальная конвергенция; 3 – пучение 131 ПАРАМЕТРЫ КРЕПЛЕНИЯ 13-ГО ВОСТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА НА ШАХТЕ «СВЯТО- АНДРЕЕВСКАЯ» КРЕПЬЮ АП-5 ИЗ СВП-27 С ЗАМКОВЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ ЗПКм Таблица Размеры оставляемого целика, м Расчетная нагрузка на 1 п.м, кПа Расчетный шаг крепления, м бесцеликовая охрана 1030 0,37 5 1040 0,37 10 832 0,46 15 780 0,49 Применение бутовых полос для охраны штреков показало свою низкую эффектив- ность [4]. Причина этому очевидна – при сжатии разрушенного массива наблюдает- ся его усадка, достигающая около 50%, что приводит к увеличению размеров зоны разрушения вокруг охраняемой горной вы- работки. Установка анкеров неглубокого заложе- ния в забоях подготовительных выработок зачастую используется для уменьшения плотности установки рамной крепи. Приме- нение рамно-анкерного крепления с неглу- боким заложением анкеров показало свою эффективность только при незначительных нарушениях слоистой структуры непосред- ственной кровли при достаточно прочных породах [2]. Несмотря на стремительно раз- виваемую материальную базу в области хи- мического анкерования, анкера неглубокого заложения не решают всех задач поддержа- ния подготовительных выработок. Причи- ной этому является развитие свода обруше- ния значительно больше высоты анкерова- ния. При этом вертикально установленные анкера смещаются в выработку вместе с деформируемыми породами. Неэффективная в подготовительных выработках крепь КМП (АП) была замене- на так называемыми «крепями нового тех- нического уровня» [5], например КШПУ, суть которых сводится к измененной фор- ме крепи с целью увеличения ее сопротив- ления вертикальным нагрузкам. Другим техническим решением, поми- мо оптимизации формы крепи, является усиление наиболее нагруженных зон кре- пи. Решение этой проблемы находило свое отражение в применении различного вида усиливающих вкладышей спецпрофиля, составных верхняков, стяжек верхняков, элементов различной жесткости. Логика таких решений сводится к одному из принципов эффективного использования материала металлоконструкции: нагрузить материал конструкции как можно больше и более равномерно, что способствует эф- фективному использованию всех участков (звеньев) конструкции в сопротивлении внешней нагрузке. С целью создания крепи, эффективно сопротивляющейся повышенным проявле- ниям горного давления со стороны кровли, было принято решение об усилении верхня- ка крепи путем замены верхнего элемента на составной, имеющий соединительный узел с увеличенной зоной нахлеста элемен- тов. Моделирование методом конечных эле- ментов (МКЭ) показало, что в результате сдвоенный участок верхняка позволяет зна- чительно увеличить предельную несущую способность рамы на изгиб (примерно на 30 – 50% в зависимости от схемы нагруже- ния и параметров крепи) [4]. Применяя одновременно ряд техниче- ских решений: составной сдвоенный верх- няк; расположение прямолинейных участ- ков стоек под углом к вертикали; размеще- ние податливых замковых соединений под углом 50 – 60º к вертикали, что обеспечи- вает эффективную работу крепи при пре- обладающих вертикальных смещениях; увеличение нахлеста элементов податливо- го узла с целью увеличения сопротивления узла возросшим нагрузкам; равнорадиус- ные элементы, что повышает стабильность работы податливого узла, инженерам ООО «Донбасскрепь» удалось создать четырех- 132 звенную рамную крепь КА-ДК с повышен- ными рабочими характеристиками (рис. 3). Предварительное моделирование МКЭ с учетом пластических деформаций пока- зало, что такой подход увеличивает пре- дельную несущую способность рамы в части ее сопротивления изгибающим мо- ментам более чем на 70% по сравнению с крепью КМП-АЗ. Так, например, при сече- нии выработки в свету 10,3 м2, спецпрофи- ле СВП-19 несущая расчетная предельная способность рамы по фактору изгиба ее элементов составит 460 – 550 кН в зависи- мости от величины проскальзывания эле- ментов в узлах податливости. Испытания на стенде в ДонУГИ такой крепи сечением 12,2 м2 из СВП-22 с замками ЗПКм показа- ли достигнутую максимальную нагрузку 371 кН/раму. Рис 3. Крепь КА-ДК с удвоенным верхняком «шатрового типа» Известно, что вертикальная конверген- ция горных выработок определяется сум- мой процессов, происходящих в системе крепь-массив [6,7]: – пучение (поднятие слоев горных по- род почвы); – внедрение стоек арочной крепи в почву; – смещение элементов крепи в замках; – пластические и упругие деформации элементов крепи. При уменьшении второго и третьего процесса происходит уменьшение свода обрушения, а это приводит к уменьшению опорного давления в бортах выработки и уменьшению пучения почвы в горной вы- работке [8]. СНиП [9] предусматривает для стальной арочной крепи в породах почвы с расчетной прочностью менее 15 МПа (153 кг/см2) применение дополнительных элементов крепи, исключающих вдавливание стоек крепи в почву. Однако в связи с ростом на- грузок на рамные крепи современного уровня, особенно в зоне влияния очистных работ, возникает необходимость увеличить область применения опорных конструкций. Часто породы почвы шахт Донбасса имеют низкую крепость (100 – 300 кг/см2). В условиях их пучения, проведения выра- боток вприсечку и в зонах влияния очист- ных работ прочность пород, установлен- ную в лабораторных условиях, необходимо уменьшить не менее чем в 2 раза. Таким образом, проведение выработок при слабых породах почвы должно произ- водиться при наличии мероприятий, пре- пятствующих вдавливанию стоек арочной металлической крепи в почву горной вы- работки. Исследования, проведенные сотрудни- ками НГУ Украины и ОАО «Павлоград- уголь» [10 – 13] показали, что величина внедрения стоек крепи в почву достигает 0,4 м. При перекреплении панельных вы- работок, часто из-за большого внедрения стоек в почву (до 1,5 м) их приходится ос- тавлять в массиве, срезая верхнюю часть. В условиях шахты «Юбилейная» ПАО «Павлоградуголь» длительное время про- изводилось наваривание отрезков спец- профиля на торец стоек и усиление сопро- тивления замковых соединений крепи. Это позволило увеличить шаг установки крепи с 0,5 до 0,8 – 1,0 м. Однако технология на- варивания отрезков металла на торец про- филя имеет ряд недостатков: большая тру- доемкость работ по подготовке крепи, сложность пакетной транспортировки сто- ек крепи, сложность извлечения стоек при погашении выработок. Сотрудниками ООО «Донбасскрепь» разработан новый вариант опорного баш- 133 мака для металлической крепи из СВП (рис. 4). Изделие изготавливается из отрез- ка листового металлопроката и имеет пло- скую основу 1 в форме равнобокой трапе- ции, на которую опирается часть торца профиля, средний упор 2, который опира- ется на внутреннюю поверхность дна 4 профиля (рис. 2), и боковые симметричные упоры 3, которые опираются на внешние фланговые поверхности 5 и на фланцы 6 профиля. а б Рис. 4. Опорный башмак БО-ДК: а – внешний вид; б – способ крепления на стойке Конструкция опорного башмака позво- ляет производить монтаж его на стойку ме- таллокрепи непосредственно перед уста- новкой стойки, что в свою очередь упроща- ет процесс установки крепи, снижая трудо- емкость работ. При выемке горной массы комбайном предлагаемая опора не попадает в зону работы рабочего органа комбайна. Современная горная наука выработала целый ряд эффективных технологических приемов, заменяющих устаревшие техно- логии отработки полезного ископаемого с применением охранных целиков, прорыв- ных штреков и бутовых полос [14]: – применение жестких блоков типа БЖБТ, БДБТ; – применение литых полос из быстрот- вердеющих материалов; – усиление бровки штрека стойками разнообразной конструкции. В настоящее время обоснованным яв- ляется технологический прием применения жестких охранных сооружений при пол- ном отказе от обеспечения податливости конструкции. Анкерная крепь обычной конструкции ограниченной длины показала недостаточ- ную эффективность в подготовительных выработках. Поэтому на предприятиях ООО «ДТЭК» и шахте «Красноармейская- Западная» широко применяется анкерно- рамный способ крепления подготовитель- ных выработок с применением длинных гибких канатных анкеров, устанавливае- мых в кровлю выработки с одновременным креплением анкерами обычной стержневой конструкции. Применение анкеров увели- ченной длины 4 – 6 м вместе с мероприя- тиями по усилению крепления бровки штрека после прохода лавы позволяет пе- редовым шахтам добиться эффективного поддержания выработок при их повторном использовании. Одним из наиболее эффективных на- правлений обеспечения устойчивости гор- ных выработок является вовлечение в ра- боту крепи на начальном этапе разрушения приконтурного массива, что значительно уменьшает его расслоение. Кроме того весьма важно нагрузить крепь арочной формы наиболее равномерно по всему ее контуру. Для выполнения этих задач важ- ным условием является обеспечение плот- ного контакта крепи с выработанным про- странством. Удовлетворить это условие возможно либо поджатием крепи к пород- 134 ному контуру либо заполнением закрепно- го пространства. При этом определяющим параметром, влияющим на эффективность применяемых мероприятий или влияющим на степень расслоения пород, является ве- личина переборов породы при проведении выработки. Для подготовительных выработок уста- новлена величина зазора между крепью и породным контуром 200 мм [15]. Реальные переборы породы составляют 250 – 300 мм сверх проектных размеров [16]. Наиболь- шие из них, как правило, образуются над верхняком крепи. Увеличение закрепного пространства от 100 до 400 мм может при- водить к росту смещений пород в 5 раз [17]. В то же время качественное заполне- ние закрепного пространства уменьшает смещения пород на контуре выработки в 2 – 3 раза. Одним из наиболее дешевых методов является расклинка рам деревянными эле- ментами, забиваемыми между рамой и массивом в нескольких точках. Такая рас- клинка высоконагруженных рам совре- менных крепей может приводить к дефор- мациям спецпрофиля в местах воздействия сосредоточенных сил [18]. Уже более 20 лет назад при установке крепежных рам на шахтах Рурского бассейна исключена их расклинка к породному контуру, признан- ная мероприятием, нарушающим нормаль- ный режим работы при ее податливости. В Германии около 90% штреков проводилось с заполнением закрепного пространства твердеющими смесями [14]. ВЫВОДЫ Передовой опыт подсказывает, что наиболее технологическим способом обес- печения плотного прилегания крепи к вы- работанному пространству является нагне- тание быстротвердеющих смесей в специ- альные рукава, укладываемые между кре- пью и массивом (рукава Bullflex). Однако эта технология в Украине не нашла приме- нения по причине отсутствия материалов для рукавов, удовлетворяющих норматив- ные требования. Приведенные технические решения по- вышения эффективности использования крепи освоены и серийно производятся ООО «Донбасскрепь». СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Егоров С.И. Обобщение опыта крепления и охраны подготовительных выработок / С.И. Егоров, Ю.М. Ха- лимендик, Э.П. Курченко [и др.] // Уголь Украины. – 2002. – № 5. – С. 19 – 21. 2. Порядок применения технологического регламе- нта поддержания повторно используемых выемочных штреков комбинированными охранными системами / А.Ф. Булат, Б.М. Усаченко, В.Н. Сергиенко [и др.] // Гео- техническая механика: межв. сб. науч. тр. – Д., 2009. – Вып. 83 – С. 3 – 13. 3. КД 12.01.01.201-98 Расположение, охрана и под- держание горных выработок при отработке угольных пластов на шахтах / Руководящий нормативный доку- мент Минуглепрома Украины; введ. 25.06.1998. – 143 с. 4. Новая податливая крепь с усиленным верхняком / М.И. Бугара, В.В. Вишневецкий, В.Ю. Халимендик [и др.] // Уголь Украины. – 2012. – С. 18 – 20. 5. Кияшко Ю.И. Минимизация производственных затрат на крепление горнах выработок в тяжелых условиях эксплуатации / Ю.И. Кияшко. А.В. Кириченко // Геотехническая механика: межв. сб. науч. тр. – Д., 2009. – Вып. 83 – С. 105 – 113. 6. Якоби О. Практика управления горным давлением / О. Якоби. – М.: Недра, 1987. – 566 с. 7. Martin Junker Gebirgsbeherschung von Flözstrecken // Verlag Glückauf GMBH – Essen, 2006. – 656 s. 8. Баклашов И.В. Механика подземных сооружений и конструкции крепей / И.В. Баклашов, Б.А. Картозия. – М.: Недра, 1992. – 543 с. 135 9. СНиП Подземные горные выработки Ч. II / Гос- строй СССР. – М.: Стройиздат, 1982. – 30 с. 10. Ковалевська І.А. Дослідження впливу геомеханіч- них параметрів вуглевміщуючого масиву слабких порід на здимання підошви виробки / І.А. Ковалевська, О.Р. Мамайкін, В.В. Фомичов // Науковий вісник НГУ. – 2008. – № 7. – С. 32 – 35. 11. Колоколов О.В. О вертикальной конвергенции пород в выработках в условиях слабой почвы / О.В. Ко- локолов, А.В. Шмиголь, Ю.М. Халимендик // Уголь Украи- ны. – 1986. – № 11. – С. 14 – 15. 12. Розрахунок величини вдавлювання стояків рам- ного кріплення у слабкі породи підошви пластової виро- бки / І.А. Ковалевська, О.В. Вівчаренко, В.Г. Черватюк [и др.] // Науковий вісник НГУ. – 2009. – № 12. – С. 10 – 15. 13. Mamaykin A. Methods of calculation of pressing value of frame supports props / A. Mamaykin, V. Larko, L. Tokar // New Techigues and Technologies in Mining. – A Balkema book. – 2010. – P. 255 – 258. 14. Комбинированные охранные системы нарас- тающего сопротивления – безальтернативная техно- логия поддержания выемочных штреков / Б.М. Усаченко, В.Н. Трипольский, А.А. Яйцов [и др.] // Геотехническая механика: межв. сб. науч. тр. – Д., 2010. – Вип. 91. – С. 15 – 26. 15. СОУ 10.1.00185790.011:2007 Підготовчі виробки на пологих пластах. Вибір кріплення, способів і засобів охорони / Стандарт Мінвуглепрому України. – К.: 2007. – 116 с. 16. О механизации забутовочных работ при прове- дении горизонтальных горных выработок / И.Г. Вели- кий, В.И. Черетянко, В.В. Черкасов [и др.] // Шахтное строительство. – 1979. – № 7. – С. 23 – 24. 17. Черняк И.Л. Управление горным давлением в под- готовительных выработках глубоких шахт / И.Л. Чер- няк, Ю.И. Бурчанов. – М.: Недра, 1984. – 304 с. 18. Грядущий Б.А. Факторы, обеспечивающие повы- шение интенсивности отработки запасов на глубоких шахтах / Б.А. Грядущий Б.А., Г.Г. Сугаренко, Н.А.Алиев [и др.] // Уголь Украины. – 2004. – № 2. – С. 10 – 13. ОБ АВТОРАХ Халимендик Владимир Юрьвич – инженер-конструк- тор ООО «Механик». 136

Повышение эффективности использования рамных крепей угольных шахт Украины

Репозитарії

Схожі ресурси