Усиление крепления подготовительных выработок для их повторного использования

Наведені результати маркшейдерських спостережень за зміною стану підготовчих виробок та масиву гірських порід після проходу лави в умовах шахт Західного Донбасу. Сформовано модель деформування масиву гірських порід навколо гірничої виробки після проходу лави. Запропоновано графо-аналітичний метод в...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2012
Hauptverfasser: Халимендик, Ю.М., Бруй, А.В., Барышников, А.С., Заболотная, Ю.А.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2012
Schriftenreihe:Геотехническая механика
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54298
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:Усиление крепления подготовительных выработок для их повторного использования / Ю.М. Халимендик, А.В. Бруй, А.С. Барышников, Ю.А. Заболотная // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 105. — С. 139-148. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-54298
record_format dspace
spelling irk-123456789-542982014-01-31T03:15:20Z Усиление крепления подготовительных выработок для их повторного использования Халимендик, Ю.М. Бруй, А.В. Барышников, А.С. Заболотная, Ю.А. Наведені результати маркшейдерських спостережень за зміною стану підготовчих виробок та масиву гірських порід після проходу лави в умовах шахт Західного Донбасу. Сформовано модель деформування масиву гірських порід навколо гірничої виробки після проходу лави. Запропоновано графо-аналітичний метод визначення навантаження на кріплення підготовчої виробки, використовуючи який, можливо визн ачити необхідний відпіркріплення на сполученні лави з підготовчою виробкою. Аналітичні розрахунки можуть бути застосовані в умовах шахт Західного Донбасу. The results of surveying observations of changes in the conditions of gateroads and rock massif behind longwall face in the Western Donbass coal mines are presented. The model of rock massif deformation around gateroad behind longwall face is created. The graph-analytical method for determining the load on gateroad support, using which it is able to determine the requirement rebuff of support at the intersection of longwall with gateroad, is proposed. Analytical calculations could be used in mines in the Western Donbass. 2012 Article Усиление крепления подготовительных выработок для их повторного использования / Ю.М. Халимендик, А.В. Бруй, А.С. Барышников, Ю.А. Заболотная // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 105. — С. 139-148. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54298 622.281.76.002.235 ru Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Наведені результати маркшейдерських спостережень за зміною стану підготовчих виробок та масиву гірських порід після проходу лави в умовах шахт Західного Донбасу. Сформовано модель деформування масиву гірських порід навколо гірничої виробки після проходу лави. Запропоновано графо-аналітичний метод визначення навантаження на кріплення підготовчої виробки, використовуючи який, можливо визн ачити необхідний відпіркріплення на сполученні лави з підготовчою виробкою. Аналітичні розрахунки можуть бути застосовані в умовах шахт Західного Донбасу.
format Article
author Халимендик, Ю.М.
Бруй, А.В.
Барышников, А.С.
Заболотная, Ю.А.
spellingShingle Халимендик, Ю.М.
Бруй, А.В.
Барышников, А.С.
Заболотная, Ю.А.
Усиление крепления подготовительных выработок для их повторного использования
Геотехническая механика
author_facet Халимендик, Ю.М.
Бруй, А.В.
Барышников, А.С.
Заболотная, Ю.А.
author_sort Халимендик, Ю.М.
title Усиление крепления подготовительных выработок для их повторного использования
title_short Усиление крепления подготовительных выработок для их повторного использования
title_full Усиление крепления подготовительных выработок для их повторного использования
title_fullStr Усиление крепления подготовительных выработок для их повторного использования
title_full_unstemmed Усиление крепления подготовительных выработок для их повторного использования
title_sort усиление крепления подготовительных выработок для их повторного использования
publisher Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate 2012
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54298
citation_txt Усиление крепления подготовительных выработок для их повторного использования / Ю.М. Халимендик, А.В. Бруй, А.С. Барышников, Ю.А. Заболотная // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 105. — С. 139-148. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series Геотехническая механика
work_keys_str_mv AT halimendikûm usileniekrepleniâpodgotovitelʹnyhvyrabotokdlâihpovtornogoispolʹzovaniâ
AT brujav usileniekrepleniâpodgotovitelʹnyhvyrabotokdlâihpovtornogoispolʹzovaniâ
AT baryšnikovas usileniekrepleniâpodgotovitelʹnyhvyrabotokdlâihpovtornogoispolʹzovaniâ
AT zabolotnaâûa usileniekrepleniâpodgotovitelʹnyhvyrabotokdlâihpovtornogoispolʹzovaniâ
first_indexed 2025-07-05T05:39:18Z
last_indexed 2025-07-05T05:39:18Z
_version_ 1836784244725121024
fulltext 139 УДК 622.281.76.002.235 Д-р техн. наук Ю.М. Халимендик, канд. техн. наук А.В. Бруй, инженеры А.С. Барышников, Ю.А. Заболотная (ГВУЗ «Национальный горный университет») УСИЛЕНИЕ КРЕПЛЕНИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК ДЛЯ ИХ ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Наведені результати маркшейдерських спостережень за зміною стану підготовчих ви- робок та масиву гірських порід після проходу лави в умовах шахт Західного Донбасу. Сформовано модель деформування масиву гірських порід навколо гірничої виробки після проходу лави. Запропоновано графо-аналітичний метод визначення навантаження на кріп- лення підготовчої виробки, використовуючи який, можливо визначити необхідний відпір кріплення на сполученні лави з підготовчою виробкою. Аналітичні розрахунки можуть бу- ти застосовані в умовах шахт Західного Донбасу. INTENSIVITY SUPPORT OF PREPARATORY MAKING FOR THEIR REPEATED USE The results of surveying observations of changes in the conditions of gateroads and rock massif behind longwall face in the Western Donbass coal mines are presented. The model of rock massif deformation around gateroad behind longwall face is created. The graph-analytical method for de- termining the load on gateroad support, using which it is able to determine the requirement rebuff of support at the intersection of longwall with gateroad, is proposed. Analytical calculations could be used in mines in the Western Donbass. Cовременной особенностью развития угольной промышленности Украины является интенсификация добычи угля. Отечественный и мировой опыт пока- зывает, что именно это направление более всего обеспечивает повышение эф- фективности угледобывающего предприятия. Интенсивность очистных работ на приватизированных шахтах резко возросла и в большинстве случаев месяч- ное подвигание очистного забоя превышает 100 м/мес. При этом возникают проблемы связанные с возобновлением фронта очист- ных работ, внедрением прямоточного проветривания, дегазацией горного мас- сива, доставкой материалов и т.д. Большая часть этих задач решается с помо- щью повторного использования выемочных выработок. В настоящее время в угольной отрасли Украины около 20% выработок используется повторно[1]. Отказ от повторного использования выемочных подготовительных выработок приводит к увеличению протяженности и стоимости выработок, необходимых для подготовки выемочного поля, и не позволяет из-за недостаточных темпов проведе- ния подготовительных выработок осуществить своевременное воспроизводство фронта очистных работ. Учитывая постоянное усложнение горно- геологических условий, увеличение поперечного сечения выработок, их протя- женности, рост глубины разработки, проблема поддержания протяженных вы- работок в устойчивом состоянии во время их эксплуатации приобретает осо- бую актуальность[2]. Напряженно-деформированное состояние массива вокруг охраняемой выра- ботки после очистных работ зависит от природных и горнотехнических факто- 140 ров, включающих: глубину ведения горных работ, прочностные свойства вме- щающих пород и их нарушенность, отпор и конструкцию крепи и т.д. Учесть все факторы одновременно представляет собой сложную задачу. В этом случае необходимо сформировать обобщенную модель деформирования массива во- круг выемочной выработки с целью обоснования основных параметров крепи усиления. Изучение состояния массива вокруг подготовительной выработки возможно с помощью натурных наблюдений, которые дают наиболее достоверные ре- зультаты и позволяют параллельно совершенствовать технологические про- цессы. Состояние охраняемых выработок было обследовано в 12 выработках угольных шахт Украины с различными способами заполнения выработанного пространства на сопряжении со штреком. Несмотря на небольшой объем мони- торинга состояния выработок, видна зависимость между величиной вертикаль- ной конвергенции в лаве на сопряжении со штреком ∆h и вертикальной конвер- генцией в охраняемой выработке после прохода лавы ∆H (рис. 1). Аппроксими- рующая прямая описывается линейной зависимостью: 0,32 +h 1,34· = H  (1) коэффициент корреляции составляет r = 0,93. Рис. 1 - Зависимость вертикальной конвергенции в штреке от вертикальной конвергенции в лаве В условиях шахт ПАО «ДТЭК Павлоградуголь» проводился мониторинг состояния выработок после прохода лав, по результатам которого выявлены зависимости вертикальной конвергенции от глубины ведения работ и верти- кальной конвергенции от отпора крепи в штреке и охранной конструкции в 141 лаве (рис. 2, 3). Рис. 2 - Зависимость вертикальной конвергенции выемочного штрека от глубины ведения работ Рис. 3 - Зависимость вертикальной конвергенции выемочного штрека от суммарного отпора крепи в штреке и охранной конструкции в лаве Зависимость вертикальной конвергенции (∆H) выемочного штрека от глу- бины ведения горных работ (H) описывается линейными уравнениями: 67.0H0.002=H  (2) с коэффициентом корреляции r = 0,63. Зависимость вертикальной конвергенции (∆H) выемочного штрека от сум- марного отпора (P) крепи штрека и охранной конструкции в лаве: 1.45P-0.003=H  (3) с коэффициентом корреляции r = 0,51. При суммарном значении коэффициента детерминации 0,66 на остальные влияющие факторы приходится 34 %. Существенно влияет на величину конвергенции конструктивные особенно- сти крепи краевой части лавы. Так наличие органного (обрезного) ряда у край- ней секции значительно снижает величину конвергенции выработки в сравне- нии с выкладкой деревянных «костров». Приведенные зависимости позволяют утверждать, что для эффективного поддержания выработок необходимо введение, в качестве критерия, понятия «необходимый отпор крепи», в соответствии с которым будет устанавливаться 142 крепь усиления на сопряжении штрека с лавой и после прохода очистного за- боя. Для обоснования величин, влияющих на предлагаемый критерий, были выполнены комплексные наблюдения за состоянием породного массива в усло- виях шахт Западного Донбасса, которые заключались в обследовании краевых частей лав и наблюдении за смещениями пород кровли подготовительных вы- работок до и после прохода очистного забоя при помощи контурных и глубин- ных реперных станций. При перемещении опорного давления вглубь массива вокруг очистной вы- работки образуется зона неупругих деформаций, которая характеризуется вы- сотой и шириной нарушенного горного массива. При проведении подготови- тельных выработок вприсечку или ведении очистных работ в соседней лаве прослеживаются системы вертикальных трещин. Для шахт ПАО «ДТЭК Павло- градуголь» установлена зависимость ширины зоны наличия техногенных тре- щин (L) от глубины ведения горных работ (Н): 1,8+0,03·Н=L (4) с коэффициентом корреляции r = 0,89. Пример техногенных нарушений приведен на рис. 4. Рис. 4 - Техногенные нарушения в 854-й лаве шахты «Западно-Донбасская». Известно, что в лаве непосредственная кровля полностью или частично раз- рушается на величину до 5т (где m – вынимаемая мощность), начиная с груди забоя, и хорошо обрушается за секциями крепи, подбучивая непосредственную кровлю и верхние слои основной кровли. Основная кровля при опускании раз- рушается путем изгиба с первоначальным разделением межслоевых связей, а выше без разрыва сплошности массива. Это хорошо наблюдалось при отработ- ке пласта С8 в шахты «Западно-Донбасская» в восходящем порядке, где величи- на междупластья составила около 6 м [3]. Этот процесс продолжается и над подготовительной выработкой. Для определения высоты нарушенности пород в условиях шахты «Самар- 143 ская» исследованиями кафедры маркшейдерии НГУ установлено наличие нейтрального слоя в кровле выработки [4]. Указано, что положение этого слоя (точки смены знака деформаций) составляет 6,5 м. В условиях ПСП «Шахта «Степная» в 165-м сборном штреке 163 лавы на шести сечениях произведены маркшейдерские наблюдения за смещениями по- род кровли подготовительной выработки после прохода очистного забоя при помощи контурных и глубинных реперных станций. Вертикальные деформации массива  вычислялись для середин интервалов по формуле: 3 )1( )1(')1(' )1( 10       nn nnnn nn n nn  , (5) где: )1(  nnn – расстояние между соседними реперами в момент заложения; ')1('  nnn – расстояние между соседними реперами после очередного подвигания лавы. Анализ вертикальных деформаций пород кровли, полученных при помощи измерений на глубинных реперных станциях, позволил установить, что растя- жения массива происходят до глубины 7,0 м, а сжатия – выше 7,0 м (рис. 5). Рис. 5 - Деформации массива пород кровли выработки после прохода лавы Геометрическое нивелирование позволило установить равномерное опуска- ние глубинных реперов до величины 0,2 м на глубине от 6 до 9 м на и внедре- ние стоек крепи в почву (рис. 6). На основании проведенных наблюдений разработана модель деформирова- ния массива горных пород и предложен графоаналитический способ для расчета объема пород в зоне дезинтеграции, формирующего нагрузку на все элементы кре- пи выработки и охранной конструкции лавы. 144 Изложение этого способа произведем на примере расчета нагрузки на крепь для условий165-го сборного штрека 163 лавы ПСП «Шахта «Степная»: 1) ширина зоны трещин L рассчитывается по формуле (4): м 14=1,8+0,03·400=L ; 2) вычерчивается в масштабе горная выработка и пласт (рис. 7). Через точку установки обрезного ряда (точка U на рис. 7) проводится вертикальная линия; Рис. 6 - Опускание элементов крепи и глубинных реперов в зависимости от расстояния до очистного забоя 3) от точки W по линии кровли пласта откладывается значение L и прово- дится вертикальная линия (точка P на рис. 7); 4) известно, что при предельных значениях напряжений 123   (7) где: 321 ,,  – главные компоненты тензора напряжений, возникновение тре- щин в породных образцах при испытаниях на прочность происходит по пло- щадкам скольжений, аналогично разрушению горных пород в массиве[5]. Плоскость площадки скольжения расположена под углом  от направления главного напряжения 1 , который можно вычислить по формуле: 2 - 45 =  (8) где:  – угол внутреннего трения породы. 145 Рис. 7. - Схема к расчету нагрузки на крепь охраняемой выработки Правомерность использования угла внутреннего трения пород в задачах геомеханики детально изучена в [6], и предложена формула (9). Для условий 165 штрека: o сж arctg 25 2 )1(2 1           (9) 146 где  – объемный вес покрывающей толщи,  =2,5 т/м 3 =0,025 МН/м 3 ; Н – глу- бина залегания пород, 400 м;  – коэффициент хрупкости. Принимаем  = 0,1; сж – прочность пород кровли на одноосное сжатие, 20 МПа. Тогда o33225 - 45 =  . Принимаем для точки P направление главного сжимающего напряжения σ1 как перпендикулярное пласту и откладываем угол β в сторону выработанного пространства. Получаем линию PP’. После из Р проводится перпендикуляр к линии PP’, образованной углом, до пересечения с вертикальной линией, проведенной из U. На пересечении получаем точку О. Принимая, что верхняя граница прогнозируемой зоны разрушения в кровле имеет дугообразную форму с выпуклостью вверх, можно ее принять за окруж- ность. Отрезок РО является радиусом для проведения дуги из точки Р до пере- сечения с вертикалью, проведенной из U. На пересечении получаем точку T; 5) учитывая, что дезинтеграция горного массива в окрестности охраняемой выработки в условиях Западного Донбасса происходит в виде вертикальных трещин [7], объем пород действующих на крепь ограничивается зоной STUVW (рис. 7). Площадь этой зоны определяется графически: 2м 78.5=S ; 6) объем пород Q, приходящийся на 1 м. п. выработки численно равен определенной площади S. Имея нагрузку на крепь, мы можем проектировать отпор крепи, который равен или превышает эту величину; 7) после определения объема пород в дезинтеграционной зоне, определяем не- обходимый суммарный отпор P крепи из условия:  QP 2 (10) где: 2 – коэффициент динамичности [8]. В настоящее время этот коэффициент введен в нормативный документ [9]. Противодействовать опусканию нарушенных пород только с помощью кре- пи и мер усиления в сечении охраняемой выработки невозможно. Поэтому на сопряжении лавы со штреком производятся работы по предотвращению опус- кания пород кровли по линии UV (рис. 7). Тогда суммарный отпор крепи P по линии WVU для условий 165-го сборно- го штрека должен составлять: ../5.3925.25.782 пмтP  Достоверность и эффективность предложенного способа подтверждается ре- зультатами натурных измерений на глубинных реперных наблюдательных станциях. Высота зоны дезинтеграции породных слоев над штреком составляет 7 м (рис. 5, 7), а определенная графоаналитическим способом – 9 м (рис. 7). Та- кое расхождение объясняется погрешностями определения величин L и  , а та- кже качеством крепления выработанного пространства UV после прохода лавы. 147 Расхождение объема пород, определенного по данному способу (78,5 м 3 ) с объ- емом, определенным в натуре (63 м 3 ), составляет ≈25%, что обеспечивает неко- торый запас прочности. Исходя из всего вышеизложенного, сформирована и приведена идеализиро- ванная схема крепления краевой части лавы шахт ПАО «ДТЭК Павлограду- голь» (рис. 8). 1 – арочная крепь; 2 – стойки усиления в сечении выработки; 3 – органные ряды вдоль последней секции («обрезной ряд»); 4 – органный ряд в плоскости арки; 5 – стойки усиления в «присечке»; 6 – «присечка» впереди лавы; 7 – штроба по почве; 8 – дополнительная стойка в штробе; 9 – пространство между стойками; 10 – сталеполимерный анкер, длина 2,2 м; 11 – канатный анкер; 12 – гидростойка. Рис. 8 - Идеализированная схема крепления краевой части лавы шахт ПАО «ДТЭК Павлоградуголь» Формирование опорного давления около штрека интенсифицируется после перемещения секций. Поэтому параллельно последней секции необходимо устанавливать не менее двух рядов органной крепи («обрезной ряд» 3, рис. 8). Несущую способность этих стоек можно оценить их количеством и диаметром. Допуская, что эти ряды при опускании основной кровли будут разрушены, от- пор их должен быть сопоставим с весом пород в блоке STUVW (рис. 7). Краевая часть в лаве нарушена от неупругих деформаций, образовавшихся вокруг вые- мочной выработки, поэтому «обрезные» ряды должны устанавливаться вне этой зоны. После перемещения повышенного горного давления в массив, крепь 1 и стойки усиления 2 (рис. 8) не могут сопротивляться давлению пород, а рас- стояние между обрезным рядом и аркой может привести к смещению пород и образованию свода обрушения. Установка стоек в дезинтегрированной зоне во- круг штрека приведет их к вдавливанию в почву. Поэтому в краевой части должна разрабатываться «присечка» 6 шириной не менее двух диаметров сто- ек, и устанавливаться дополнительные ремонтины 5 (рис. 8). Внедрение спосо- ба усиления крепи сопряжения лавы со сборным штреком на базе канатных сталеполимерных анкеров обеспечивает необходимый отпор крепи с потерей сечения выработки около 20% и сохранением еѐ для повторного использования. Длина канатных анкеров должна обеспечивать их закрепление выше нейтраль- ного слоя. 148 Выводы 1. На базе натурных наблюдений разработана модель деформирования гор- ных пород и предложен графоаналитический способ определения нагрузки на крепь подготовительной выработки после прохода лавы в условиях шахт ПАО ДТЭК «Павлоградуголь» 2. Сформирована идеализированная схема крепления краевой части лавы для шахт ПАО ДТЭК «Павлоградуголь». СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Булатников А.А. Поддержание подготовительных выработок с использованием рамно-анкерного креп- ления / А.А. Булатников // Проблеми гірничої технології. – Красноармійськ, КІІ ДонНТУ, 2010 р. – с. 82-86. 2. Зборщик М. П. Повторное использование участковых выработок – неотложная задача угольных шахт / М.П. Зборщик // Уголь Украины. – 2011. – №1. 3. Колоколов О.В. О порядке отработки весьма сближенных пластов в слабых вмещающих породах / О.В. Колоколов, Н.А. Лубенец, Ю.М. Халимендик // Уголь Украины, №1, 1994. – с. 10-13. 4. J. Khalymendyk. Substantiation of rope anchors length in the conditions of mines in the Western Donbas Coal Region / J. Khalymendyk, V. Chervatuk, S. Eremin. - Rockbolting and rock mechanics in mining. VGE Verlag GmbH, 2012. - p. 285-292. 5. Фисенко Г. Л. Предельные состояния горных пород вокруг выработок / Г.Л. Фисенко. - М.: «Недра», 1976. – 272 с. 6. Шашенко А. Н. Деформируемость и прочность массивов горных пород: Монография / А.Н. Шашенко, Е.А. Сдвижкова, С.Н. Гапеев. – Днепропетровск: Национальный горный университет, 2008. – 224 с. 7. Ларченко В.Г. Механизм сдвижения толщи горных пород над движущимся очистным забоем / В.Г. Лар- ченко // Изв. ВУЗов. Горный журнал. – 1979. – №7. – с. 22-26. 8. Писаренко Г.С. Сопротивление материалов. Учебник для ВУЗов / Г.С. Писаренко.– Киев: Вища школа, 1979. – 696 с. 9. Підготовчі виробки на пологих пластах. Вибір кріплення, способів і засобів охорони: СОУ 10.1.00185790.011:2007. Мінвуглепром України. – К., 2007. – 113 с. УДК 622.281.74.04:622.261 Инженер С.А Лещинский (ИГТМ НАН Украины) РАСЧЕТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕМЕНТОВ АНКЕРНОЙ КРЕПИ И ПОРОДНОГО МАССИВА Розроблена кінцево-елементна модель взаємодії елементів анкерного кріплення із враху- ванням нової інтерпретації контактної взаємодії. Проведена верифікація отриманої моделі із емпіричними даними стендових випробувань анкерної шайби. Наведена тестова модель ан- керного кріплення в умовах навантаження. Отримана картина розподілу переміщень у тесто- вій моделі. CALCULATION OF SYNERGY OF THE ELEMENTS OF ANCHORING AND ROCK MASSIFE The finite element model of the synergy of elements of anchoring taking into account of new interpretations of the contact interaction was developed. The verification of the resulting model with empirical data of test bench of anchor shime was done. The test model of anchoring under loading was given . The resulting pattern of distribution of displacements in the test model was obtained. Обеспечение устойчивости закрепленной анкерами горной выработки до- стигается оптимальным функционированием всех составляющих анкерной кре- пи в конкретных горно-геологических условиях. Одним из важнейших элементов анкерной крепи является шайба, норматив-