Лабораторные исследования влияния места расположения анкеров в почве выработки на ее устойчивость

У статті розглянуто питання про раціональне місце розташування анкерів при укріпленні підошви гірничої виробки, що складена шаруватими породами.

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2007
Hauptverfasser:	Касьян, Н.Н., Сахно, И.Г.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут фізики гірничих процесів НАН України 2007
Schriftenreihe:	Физико-технические проблемы горного производства
Schlagworte:	Прогноз и управление состоянием горного массива
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/107681
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Лабораторные исследования влияния места расположения анкеров в почве выработки на ее устойчивость / Н.Н. Касьян, И.Г. Сахно // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2007. — Вип. 10. — С. 135-141. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-107681
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1076812016-10-24T03:03:20Z Лабораторные исследования влияния места расположения анкеров в почве выработки на ее устойчивость Касьян, Н.Н. Сахно, И.Г. Прогноз и управление состоянием горного массива У статті розглянуто питання про раціональне місце розташування анкерів при укріпленні підошви гірничої виробки, що складена шаруватими породами. In article the question about a rational installation site road bolting is considered at fastening ground of the roadway consist from layered rocks. 2007 Article Лабораторные исследования влияния места расположения анкеров в почве выработки на ее устойчивость / Н.Н. Касьян, И.Г. Сахно // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2007. — Вип. 10. — С. 135-141. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. XXXX-0016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/107681 622.28.044 ru Физико-технические проблемы горного производства Інститут фізики гірничих процесів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Прогноз и управление состоянием горного массива Прогноз и управление состоянием горного массива
spellingShingle	Прогноз и управление состоянием горного массива Прогноз и управление состоянием горного массива Касьян, Н.Н. Сахно, И.Г. Лабораторные исследования влияния места расположения анкеров в почве выработки на ее устойчивость Физико-технические проблемы горного производства
description	У статті розглянуто питання про раціональне місце розташування анкерів при укріпленні підошви гірничої виробки, що складена шаруватими породами.
format	Article
author	Касьян, Н.Н. Сахно, И.Г.
author_facet	Касьян, Н.Н. Сахно, И.Г.
author_sort	Касьян, Н.Н.
title	Лабораторные исследования влияния места расположения анкеров в почве выработки на ее устойчивость
title_short	Лабораторные исследования влияния места расположения анкеров в почве выработки на ее устойчивость
title_full	Лабораторные исследования влияния места расположения анкеров в почве выработки на ее устойчивость
title_fullStr	Лабораторные исследования влияния места расположения анкеров в почве выработки на ее устойчивость
title_full_unstemmed	Лабораторные исследования влияния места расположения анкеров в почве выработки на ее устойчивость
title_sort	лабораторные исследования влияния места расположения анкеров в почве выработки на ее устойчивость
publisher	Інститут фізики гірничих процесів НАН України
publishDate	2007
topic_facet	Прогноз и управление состоянием горного массива
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/107681
citation_txt	Лабораторные исследования влияния места расположения анкеров в почве выработки на ее устойчивость / Н.Н. Касьян, И.Г. Сахно // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2007. — Вип. 10. — С. 135-141. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Физико-технические проблемы горного производства
work_keys_str_mv	AT kasʹânnn laboratornyeissledovaniâvliâniâmestaraspoloženiâankerovvpočvevyrabotkinaeeustojčivostʹ AT sahnoig laboratornyeissledovaniâvliâniâmestaraspoloženiâankerovvpočvevyrabotkinaeeustojčivostʹ
first_indexed	2025-07-07T20:17:02Z
last_indexed	2025-07-07T20:17:02Z
_version_	1837020660730167296
fulltext	Прогноз и управление состоянием горного массива 135 УДК 622.28.044 ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ МЕСТА РАСПОЛОЖЕНИЯ АНКЕРОВ В ПОЧВЕ ВЫРАБОТКИ НА ЕЕ УСТОЙЧИВОСТЬ проф., д.т.н. Касьян Н.Н., доц., к.т.н. Сахно И.Г. (ДонНТУ) У статті розглянуто питання про раціональне місце розташування анкерів при укріпленні підошви гірничої виробки, що складена шаруватими породами. LABORATORY RESEARCHES OF INFLUENCING OF PLACE OF LOCATION OF ANCHORS IN SOIL OF MAKING ON ITS STABILITY prof., d.t.n. Kasyan N.N., dots., k.t.n. Sahno I.G. (DonNTU) In article the question about a rational installation site road bolting is considered at fastening ground of the roadway consist from layered rocks. Одним из наиболее распространенных проявлений горного давления в подземных выработках угольных шахт является пучение пород почвы. Око- ло 70% выработок, требующих ремонта, подвержено этому явлению. Пуче- ние наблюдается на всех этапах существования выработки и происходит с различной интенсивностью. Особенностью этого сложного процесса является то, что его природа за- висит от горно-геологических условий, в которых он происходит. Именно поэтому, до сих пор нет единой теории, описывающей и объясняющей в полной мере процесс пучения. Причинами, вызывающими пучение, в основ- ном называют: набухание пород, переход пород в пластическое (и вязкопла- стическое) состояние, ползучесть пород, разрушение и выдавливание раз- рушенных пород, а также сочетания этих факторов. Однако основным фак- тором, вызывающим пучение пород, несомненно, является изменение поля напряжений вокруг горной выработки. Отличие механизма пучения в разных условиях требует применения раз- личных способов борьбы с этим явлением. На наш взгляд для условий Дон- басса наиболее близко подходит представление о механизме пучения выска- занное А.А. Пирским и С.Н. Стовпником [1]. На основании шахтных инст- рументальных наблюдений авторы установили, что деформирование пород почвы сопровождается складкообразованием с неравномерным разрыхлени- ем пород. Гипотезу складкообразования также поддерживают Ю.А. Петрен- ко, Н.Н. Касьян [2], Л.В. Пихконен [3]. Разработано большое количество способов борьбы с пучением, однако до сих пор они не нашли широкого применения. Наибольшее распространение на угольных шахтах, несмотря на высокую трудоемкость работ, и матери- альные затраты получила подрывка пород почвы. Также в качестве способов борьбы с пучением применяются замкнутые крепи, реже способы, основан- ные на разгрузке пород (взрывощелевая разгрузка, АРПУ и т.п.), а также ме- ханические способы (анкерное крепление, упрочнение, цементация и т.д.). Прогноз и управление состоянием горного массива 136 Применение замкнутых крепей обоснованно для капитальных выработок, способы, основанные на разгрузке пород весьма эффективны, однако тре- буют наличия развитой материально-технической базы. Основным факто- ром, сдерживающим применение механических способов, также является их высокая материалоемкость. Однако, именно механические способы предот- вращения пучения могут стать альтернативой практически повсеместно применяемой подрывке пород почвы. Анкерное крепление выработок в последнее время находит все более ши- рокое применение на шахтах Украины, однако повсеместное его примене- ние сдерживается отсутствием четких рекомендаций и нормативной доку- ментации, что объясняется большим количеством нерешенных вопросов в области анкерной крепи. Одним из таких вопросов является обоснование параметров крепления почвы выработки анкерной крепью. Проведенный обзор литературы [4, 5, 6], посвященной конструкциям и спо- собам закрепления анкеров позволяет сделать вывод, что в настоящее время наибольшее распространение получили армополимерные анкеры, благодаря их высокой несущей способности, простоте конструкции и высокой скоро- сти возведения. Эти анкеры успешно применяются в основном для крепле- ния кровли выработок. Однако, на наш взгляд, существуют преждевременно забытые конструк- ции анкеров как, например, винтовые анкеры. В случае крепления кровли выработки они, несомненно, уступают армополимерным анкерам ввиду бо- лее низкой сопротивляемости деформированию, однако эти анкеры вполне подходят для крепления почвы и боков выработки, особенно при работе их по схеме «сшивка», что имеет место при креплении слоистых пород средней крепости. Несмотря на большой объем проведенных исследований, в области ан- керного крепления, в настоящее время очень мало работ, посвященных вы- бору места установки анкеров в сечении выработки. После расчета необхо- димой плотности установки анкеров, распределение их в сечении выработки происходит, как правило, с позиций равномерного размещения по площади анкерования. Такой принцип соблюдается как для крепления кровли, так и почвы выработки. Согласно изложенному выше принципу, при креплении почвы выработки двумя анкерами в ряду, логичным, было бы деление почвы выработки гео- метрически на три части и установка анкеров с шагом В/3 (м), при этом ан- керы устанавливались бы на расстоянии 0,166В от оси выработки. Существующий подход, на наш взгляд, имеет определенные недостатки, связанные с тем, что не учитывается эффект локального ослабления пород анкерами. При бурении шпуров под анкерные стержни происходит измене- ние поля напряжений вокруг шпура, что приводит к развитию вокруг него зоны неупругих деформаций и зоны разрушения. Дальнейшая установка ан- керов и их закрепление не позволяют вернуть сплошность пород в исходное состояние. Ряды анкерных стержней, являющиеся, по сути, искусственными Прогноз и управление состоянием горного массива 137 дефектами в породах, образуют линии ослабления. Дальнейшие деформации в породах, в частности изгиб слоев, вызывают концентрации напряжений вокруг анкеров, модуль упругости которых на два порядка выше, чем в по- родах, что способствует локальному разрушению пород. С целью исследования этого эффекта авторами было проведено струк- турное моделирование. В качестве материала для изготовления моделей ис- пользовался гипс. Подбор состава материала модели осуществлялся в соот- ветствии с [7]. При моделировании соблюдались следующие критерии подобия: геомет- рическое подобие, подобие механических характеристик, силовое подобие. Был выбран масштаб моделирования 1:30. Моделировался участок почвы выработки шириной 5,1 м, сложенный слоистыми породами, общей мощно- стью 1,95 м. Моделируемый участок был представлен пятью слоями одина- ковой мощности. Длина участка 15,3 м. Для моделирования использовался плоский стенд, который представ- лял собой жесткую рамную конструкцию (1) размерами 600х400х100 мм из швеллеров №8. На основание стенда устанавливались отрезки ДСП (2), моделирующие бока выработки. На эти отрезки укладывался пакет слоев (3), имитирующих породы почвы выработки. Слои скрепляли шу- рупами, которые имитировали винтовую анкерную крепь. Нагружение модели производилось при помощи пневмобаллонной крепи (4), нагруз- ка прилагалась распределенно по площади. Деформации измерялись при помощи индикатора часового типа (5), устанавливаемого в середине мо- делируемого пролета почвы выработки. Схема нагружения приведена на рис. 1. Рис. 1. Схема нагружения моделей Прогноз и управление состоянием горного массива 138 Проверка прочности моделируемого материала проводилась по стандарт- ной методике (ГОСТ 8462-85) на образцах кубической формы 70×70×70 мм. Исследования показали, что материал модели имеет прочность на одноосное сжатие 1,2 МПа, что соответствует прочности в натуре 45,1 МПа, что вполне удовлетворяет задачи исследования. Согласно поставленной задаче исследовалось влияние места расположе- ния анкеров по ширине почвы выработки на ее устойчивость. Таким обра- зом, плотность анкерования во всех моделях была постоянной, изменялось только расстояние между анкерами в ряду. Было принято решение прово- дить моделирование с плотностью анкерования 0,5 анк/м2. При этом в каж- дом ряду устанавливалось по 2 анкера. При моделировании исследовались случаи расположения анкеров на рас- стоянии (0,17–0,411)В от оси выработки. Максимальный предел был выбран из соображений удобства бурения и установки анкеров. В процессе отработки моделей было замечено, что разрушение моделей происходило по-разному в зависимости от места установки анкерных стержней. Разрушение моделей происходило по линиям, образуемым рядами анкеров, что свидетельствует о том, что анкеры являются элементами ослаб- ления, и наблюдался эффект локального ослабления слоистого массива ан- керами. Отличие в характере разрушения моделей с различным расстоянием между анкерами хорошо видно на фото (рис. 2). Разрушение в моделях с анкерами происходит не в месте наибольшего прогиба – посредине пролета, как это видно для незакрепленных слоев, а по рядам анкеров. Разрушение посредине пролета, наряду с разрушением по анкерам, наблюдается для случая установки анкеров на расстоянии от оси выработки 0,411В. Это подтверждает верность сделанных предположений об ослаблении слоистого массива анкерами. Было замечено, что деформирование происходит в два этапа: на первом в основном работает материал модели, относительные деформации при этом составляют du/u = 0,008–0,009 (до момента первого разрушения), на втором вступают в работу анкеры. Первичное разрушение всех моделей происходи- ло при одинаковых относительных деформациях, но при различной нагруз- ке. Дальнейшее деформирование для всех случаев происходило по-разному. Было замечено, что увеличение расстояния между анкерами в ряду приводит к уменьшению смещений при одинаковых нагрузках. Такая тенденция на- блюдается для случаев установки анкеров на расстоянии а = (0,17–0,35)В от оси выработки, дальнейшее увеличение расстояния между анкерами привело к увеличению смещений. Это позволяет сделать вывод, что по ширине вы- работки существует определенная область, при установке анкеров в которую наблюдается максимальная эффективность анкерования. Графики «нагруз- ка-деформация» приведены на рис. 3. Построим линию регрессии для коэффициента упрочнения Панека при установке анкеров на различном расстоянии а от оси выработки, и при раз- личных нагрузках рис. 4. Прогноз и управление состоянием горного массива 139 а б в г д е Рис. 2. Разрушение моделей при различном месте установки анкеров: а – модель без анкеров, б – анкеры установлены на 0,17В от оси выработки, в – анкеры уста- новлены на 0,23В от оси выработки, г – анкеры установлены на 0,29В от оси выра- ботки, д – анкера установлены на 0,35В от оси выработки, е – анкеры установлены на 0,411В от оси выработки Количественная оценка несущей способности заанкерованных пород производится путем сравнения ее с несущей способностью незаанкерован- ных пород в идентичных условиях путем так называемого показателя уп- рочнения, введенного Л. Панеком, который численно равен отношению мак- симальных прогибов незакрепленной и закрепленной анкерами толщи [4]. Прогноз и управление состоянием горного массива 140 Рис. 3. Графики зависимости относительных деформаций слоистого массива от на- грузки: 1 – модель без анкеров, 2 – анкера установлены на 0,17В от оси выработки, 3 – анкера установлены на 0,23В от оси выработки, 4 – анкера установлены на 0,29В от оси выработки, 5 – анкера установлены на 0,35В от оси выработки, 6 – анкера установлены на 0,411В от оси выработки Рис. 4. Линия регрессии коэффициента упрочнения Панека kупр.П при установке анкеров на расстоянии а от оси выработки. Из рисунка 4 видно, что максимальный коэффициент упрочнения наблю- дается для случая установки анкеров на расстоянии 0,35В от оси выработки и составляет в среднем 3,7, минимальный – для случая установки анкеров на расстоянии 0,17В и составляет 2,07. Дальнейшее уменьшение расстояния установки анкеров от оси выработки приводит к уменьшению коэффициента упрочнения. С другой стороны увеличение расстояния установки анкеров от оси выработки свыше 0,35В приводит к уменьшению коэффициента упроч- нения. Таким образом, установка анкеров на расстоянии 0,25-0,35В от оси выработки обладает максимальной эффективностью. Одним из наиболее эффективных способов уменьшения ослабления мас- сива анкерами, является установка последних в шахматном порядке. При этом соседние ряды анкеров смещены друг относительно друга на опреде- ленную величину. Для установления особенностей работы анкерной крепи по предотвращению смещений в слоистом массиве пород был проведен вто- рой этап моделирования, на котором установка анкерных стержней произ- водилась в шахматном порядке. Графики «нагрузка-деформация» для этого случая приведены на рис. 5. Из рисунка видно, что наибольший эффект анкерования достигается ко- гда оба анкера установлены в области 0,23-0,35В от оси выработки. Чем ближе к этой области установлены анкеры, тем выше эффект анкерования и меньше смещения укрепляемого слоистого массива. Проведенный экспери- мент также подтверждает верность сделанных предположений и выводов. Прогноз и управление состоянием горного массива 141 Несомненно этот результат не является абсолютным и точным для всех горно-геологических условий, и рациональная область установки анке- ров может изменяться в зависимости от типа анкера, его диаметра, времени установки, однако проведенные эксперименты доказывают, что выбор места установки анкеров в сечении выработки необходимо проводить не только на основе равномерного размещения анкеров в сечении, но учитывать также и эффект локального ослабления пород анкерами. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Пирский А.А., Стовпник С.Н. Шахтные исследования пучения почвы в выработках Западного Донбасса // Уголь Украины. – 1989. – №11. – С. 2–3. 2. Шевцов В.А., Литвинов В.И., Касьян Н.Н., Петренко Ю.А., Захаренко А.В. Опыт повышения устойчивости пород почвы горных выработок на шахте Трудовская ГХК «Донуголь» // Геотехнологии на рубеже XXI ве- ка. – Т. 2. – Донецк: ДОНУГПО. – 2001. С. 6–8. 3. Пихконен Л.В. Обоснование параметров взрывощелевой разгрузки почвы повторно–используемых подготовительных выработок глубоких шахт: Автореф. дисс… докт. техн. наук: 05.15.02. / МГГУ. м. – 1994. – 36 с. 4. Широков А.П. Теория и практика применения анкерной крепи. М.: Не- дра, 1981. – 391 с. 5. Широков А.П. Классификация анкерных крепей // Уголь Украины. – 1976. – №12. – С.4–6. 6. Анкерная крепь: Справочник / Широков А.П., Лидер В.А., Дзауров М.А., Рыжевский М.Е., Петров А.И. – М.: Недра, 1990. – 205 с. 7. Глушихин Ф.П., Злотников М.С. Эквивалентные материалы для модели- рования горного давления / ЦНИЭИуголь. – М., 1978. – 34 с. Рис. 5. Графики зависимости относи- тельных деформаций слоистого массива от нагрузки при установке анкеров в шахматном порядке: 1 – модель без ан- керов, 2 – анкера установлены в области 0,12–0,23В от оси выработки, 3 – анкера установлены в области 0,23–0,35В от оси выработки, 4 – анкера установлены в области 0,29–0,411В от оси выработки

Лабораторные исследования влияния места расположения анкеров в почве выработки на ее устойчивость

Institution

Ähnliche Einträge