Обоснование и выбор параметров овоидной крепи для подготовительных выработок

Изложен опыт и тенденции развития средств крепления подготовительных выработок с учетом эксплуатационных и геомеханических требований комбинированных систем. Определены оптимальные параметры, формы и деформационно-силовые характеристики рамных крепей. Дано обоснование конструктивных особенностей ово...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Розробка родовищ
Дата:	2015
Автори:	Кириченко, В.Я., Щедрин, В.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України 2015
Теми:	Розробка вугільних родовищ
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104618
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:	Обоснование и выбор параметров овоидной крепи для подготовительных выработок / В.Я. Кириченко, В.А. Щедрин // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2015. — Т. 9. — С. 55-65. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-104618
record_format	dspace
spelling	Кириченко, В.Я. Щедрин, В.А. 2016-07-13T08:23:09Z 2016-07-13T08:23:09Z 2015 Обоснование и выбор параметров овоидной крепи для подготовительных выработок / В.Я. Кириченко, В.А. Щедрин // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2015. — Т. 9. — С. 55-65. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 2415-3435 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104618 622.281(477) Изложен опыт и тенденции развития средств крепления подготовительных выработок с учетом эксплуатационных и геомеханических требований комбинированных систем. Определены оптимальные параметры, формы и деформационно-силовые характеристики рамных крепей. Дано обоснование конструктивных особенностей овоидного типа крепи и результаты опытно-промышленного применения на глубоких шахтах Украины. Викладено досвід і тенденції розвитку засобів кріплення підготовчих виробок з урахуванням експлуатаційних і геомеханічних вимог комбінованих систем. Визначено оптимальні параметри, форми та деформаційно-силові характеристики рамних кріплень. Надано обґрунтування конструктивних особливостей овоїдного типу кріплення і результати дослідно-промислового застосування на глибоких шахтах України. The experience and tendencies of development of the means of supporting of development workings taking into account the operational and geomechanical requirements of combined systems are stated. The optimum parameters of shape and deformation-strength characteristics of the frame supports are determined. The justification of design features of ovoid support types and results of experimental-industrial application on deep mine of Ukraine is given. ru УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України Розробка родовищ Розробка вугільних родовищ Обоснование и выбор параметров овоидной крепи для подготовительных выработок Обгрунтування і вибір параметрів овоїдного кріплення для підготовчих виробок Justification and selection of ovoid support parameters for development workings Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Обоснование и выбор параметров овоидной крепи для подготовительных выработок
spellingShingle	Обоснование и выбор параметров овоидной крепи для подготовительных выработок Кириченко, В.Я. Щедрин, В.А. Розробка вугільних родовищ
title_short	Обоснование и выбор параметров овоидной крепи для подготовительных выработок
title_full	Обоснование и выбор параметров овоидной крепи для подготовительных выработок
title_fullStr	Обоснование и выбор параметров овоидной крепи для подготовительных выработок
title_full_unstemmed	Обоснование и выбор параметров овоидной крепи для подготовительных выработок
title_sort	обоснование и выбор параметров овоидной крепи для подготовительных выработок
author	Кириченко, В.Я. Щедрин, В.А.
author_facet	Кириченко, В.Я. Щедрин, В.А.
topic	Розробка вугільних родовищ
topic_facet	Розробка вугільних родовищ
publishDate	2015
language	Russian
container_title	Розробка родовищ
publisher	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
format	Article
title_alt	Обгрунтування і вибір параметрів овоїдного кріплення для підготовчих виробок Justification and selection of ovoid support parameters for development workings
description	Изложен опыт и тенденции развития средств крепления подготовительных выработок с учетом эксплуатационных и геомеханических требований комбинированных систем. Определены оптимальные параметры, формы и деформационно-силовые характеристики рамных крепей. Дано обоснование конструктивных особенностей овоидного типа крепи и результаты опытно-промышленного применения на глубоких шахтах Украины. Викладено досвід і тенденції розвитку засобів кріплення підготовчих виробок з урахуванням експлуатаційних і геомеханічних вимог комбінованих систем. Визначено оптимальні параметри, форми та деформаційно-силові характеристики рамних кріплень. Надано обґрунтування конструктивних особливостей овоїдного типу кріплення і результати дослідно-промислового застосування на глибоких шахтах України. The experience and tendencies of development of the means of supporting of development workings taking into account the operational and geomechanical requirements of combined systems are stated. The optimum parameters of shape and deformation-strength characteristics of the frame supports are determined. The justification of design features of ovoid support types and results of experimental-industrial application on deep mine of Ukraine is given.
issn	2415-3435
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104618
citation_txt	Обоснование и выбор параметров овоидной крепи для подготовительных выработок / В.Я. Кириченко, В.А. Щедрин // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2015. — Т. 9. — С. 55-65. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT kiričenkovâ obosnovanieivyborparametrovovoidnoikrepidlâpodgotovitelʹnyhvyrabotok AT ŝedrinva obosnovanieivyborparametrovovoidnoikrepidlâpodgotovitelʹnyhvyrabotok AT kiričenkovâ obgruntuvannâívibírparametrívovoídnogokríplennâdlâpídgotovčihvirobok AT ŝedrinva obgruntuvannâívibírparametrívovoídnogokríplennâdlâpídgotovčihvirobok AT kiričenkovâ justificationandselectionofovoidsupportparametersfordevelopmentworkings AT ŝedrinva justificationandselectionofovoidsupportparametersfordevelopmentworkings
first_indexed	2025-11-26T17:36:45Z
last_indexed	2025-11-26T17:36:45Z
_version_	1850765856285392896
fulltext	55 УДК 622.281(477) © В.Я. Кириченко, В.А. Щедрин В.Я. Кириченко, В.А. Щедрин ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ОВОИДНОЙ КРЕПИ ДЛЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК Изложен опыт и тенденции развития средств крепления подготовительных вырабо- ток с учетом эксплуатационных и геомеханических требований комбинированных систем. Определены оптимальные параметры, формы и деформационно-силовые характеристики рамных крепей. Дано обоснование конструктивных особенностей овоидного типа крепи и результаты опытно-промышленного применения на глубоких шахтах Украины. ОБГРУНТУВАННЯ І ВИБІР ПАРАМЕТРІВ ОВОЇДНОГО КРІПЛЕННЯ ДЛЯ ПІДГОТОВЧИХ ВИРОБОК Викладено досвід і тенденції розвитку засобів кріплення підготовчих виробок з урахуванням експлуатаційних і геомеханічних вимог комбінованих систем. Визначено оптимальні параметри, форми та деформаційно-силові характеристики рамних кріплень. Надано обґрунтування конструктивних особливостей овоїдного типу кріплення і результати дослідно-промислового застосування на глибоких шахтах України. JUSTIFICATION AND SELECTION OF OVOID SUPPORT PARAMETERS FOR DEVELOPMENT WORKINGS The experience and tendencies of development of the means of supporting of development workings taking into account the operational and geomechanical requirements of combined systems are stated. The optimum parameters of shape and deformation-strength characteris- tics of the frame supports are determined. The justification of design features of ovoid support types and results of experimental-industrial application on deep mine of Ukraine is given. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ Современные требования диктуют су- щественное повышение концентрации и интенсификации горных работ по подго- товке и отработке угольных пластов для снижения себестоимости добычи. На больших глубинах разработки основная доля затрат (свыше 45%) приходится на проведение и поддержание подготовитель- ных выработок. Необходимость роста нагрузки на очи- стной забой (более 2 – 3 тыс. т/сут) требует кардинального решения проблемы обеспе- чения устойчивости выемочных штреков на заданный период эксплуатации, особен- но в зоне влияния очистных работ. При этом повышенные эксплуатационные тре- бования к выемочным штрекам (увеличе- ние площади сечения для размещения вы- сокопроизводительного оборудования, средств доставки материалов и транспор- тировки угля, а также обеспечение провет- ривания очистных забоев) объективно вхо- 56 дят в противоречие с геомеханическими требованиями поведения вмещающего уг- лепородного массива, устойчивость кото- рого снижается с ростом площади сечения, особенно в сложных горно-геологических условиях [1]. Таким образом, обоснование типа кон- струкции и выбор параметров крепи тре- бует имплементации многофакторного учета технологических, эксплуатационных и геомеханических требований, с учетом необходимости снижения металлоемкости крепления и общих затрат на проведение и поддержание подготовительных выработок за весь период эксплуатации. Практика ведущих горнодобывающих стран (включая отечественную) однознач- но свидетельствует о том, что эта много- плановая проблема в непрерывно услож- няющихся геомеханических условиях мо- жет быть успешно решена только на базе комплексного ряда технических и техноло- гических задач, охватывающих все звенья производственной цепочки (от очистного забоя до поверхности) и их полной увязки в единый процесс поточного производства. Важнейшим условием при этом является требование максимальной концентрации горных работ, что на практике означает повышение интенсивности извлечения по- лезного ископаемого и рост нагрузки как на предприятие в целом, так и на каждый действующий очистной забой, при общем уменьшении их количества. Например, на угольных шахтах зарубежных стран (Гер- мания, Польша, как наиболее близкие гор- но-геологические аналоги Донбасского бассейна) суточная нагрузка на лаву со- ставляет более 5,0 тыс. т товарного угля, что считается экономически привлека- тельным. В то же время такой уровень на- грузки на шахтах Украины является скорее исключением, а средний уровень в сопос- тавимых условиях не превышает 1,8 – 2,0 тыс. т рядового угля. Можно утверждать, что причиной такого положения является не качество очистных угледобывающих комплексов (имеющих примерно одинако- вый потенциал), а различия применяемых технических средств крепления выработок и технологий очистной выемки. На зарубежных шахтах и некоторых отечественных используется т.н. безнише- вая технология, обеспечивающая, прежде всего, поточность процесса извлечения и существенное снижение себестоимости. Так, например, увеличение суточной на- грузки на лаву в 2 раза дает снижение се- бестоимости 1 т по лаве примерно на 40% и более, причем этот результат может иметь место для всего объема подготов- ленных к выемке запасов. В то же время использование безнишевой технологии на большинстве отечественных шахт встреча- ет серьезные затруднения или оказывается вообще невозможным, т.к. состояние кре- пи подготовительной выработки на уровне «окна» лавы и на протяжении примыкаю- щей зоны опережающего влияния очист- ной выемки не позволяет реализовывать главную предпосылку для использования безнишевой технологии, а именно, – вынос приводных головок забойного конвейера из лавы в пределы сечения примыкающей выработки. Тем самым проблема сводится к задаче обеспечения устойчивости крепи выработки (штрек, уклон, ходок) на уровне «окна» лавы, т.е. в точке пересыпа на штрековый конвейер. Таким образом, представляется возможным утверждать, что основной причиной низкой нагрузки на комплексно механизированный очист- ной забой на отечественных шахтах явля- ется нерешенность вопроса обеспечения необходимых габаритов сечения примы- кающей к лаве подготовительной выработ- ки вследствие необоснованного использо- вания средств крепления старых типов, в принципе, предназначенных для других (более легких) условий применения, т.е. грубой инженерной ошибки. Анализ при- чин такого положения указывает на опре- деленное отставание отечественной науки, известный консерватизм горнотехническо- го персонала и диктуемого обстановкой стремления снизить первичные затраты на крепление горных выработок, применяя крепи старых типов (АП3, АП5 и др.). 57 В то же время, как зарубежная, так и отечественная практика решения пробле- мы устойчивости подготовительных выра- боток на основе использования рамных податливых крепей с повышенными значе- ниями силовых и кинематических пара- метров однозначно свидетельствуют о возможности ее успешного решения с пол- ной реализацией основной задачи концен- трации горных работ и получением круп- ного экономического эффекта по двум ос- новным и взаимосвязанным позициям: – снижение прямых и эксплуатационных затрат по статье «поддержание и ремонт»; – снижение затрат на непосредственное извлечение подготовленных к выемке за- пасов (себестоимость по лаве). Точное определение масштабов такого эффекта требует дополнительных исследо- ваний и может быть оценено лишь укруп- ненно в сотни миллион гривен, что не идет ни в какое сравнение со значением пер- вичного незначительного удорожания но- вых технических средств крепления, т.к. изначально, при разработке последних, до- полнительная стоимость минимизирована на основе использования новых инноваци- онных технических решений. Как зарубежный, так и отечественный опыт решения противоречия между высо- ким потенциалом очистной выемки и не- удовлетворительным состоянием подгото- вительных выработок однозначно свиде- тельствуют о том, что ликвидация такого «узкого места» производственной цепочки возможна только на основе использования новых технических средств, охватываю- щих как конструкцию применяемых кре- пей, так и способы охраны выработок. Ко- нечной целью, как отдельных частных ре- шений, так и всего их комплекса в целом, является реализация повышенных (по сравнению с типовыми) значений силовых и кинематических характеристик новых конструкций крепей. ТЕНДЕНЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК Повышенный интерес к проблеме креп- ления и поддержания горных выработок объективно связан с возросшими требова- ниями к прочности и надежности приме- няемых конструкций крепей, особенно для больших глубин разработки, где имеют место интенсивные проявления горного давления. На угольных шахтах для крепления горных выработок в основном (90%) при- меняются металлорамные крепи, изготов- ленные из профиля СВП в различных мо- дификациях и вариантах конструктивного исполнения, это – арочные (преимущест- венно), кольцевые и трапециевидные (в небольших объемах). Для подготовитель- ных выработок наиболее используемой ос- тается арочная крепь АП-3 (разработанная ДонУГИ в 70-х годах, или в новом ее обо- значении – КМП-А3). Как этап положи- тельного совершенствования арочной формы крепи разработана и массово при- меняется (в основном на шахтах Западного Донбасса) шатровая крепь КШПУ, предна- значенная для слабых ( <сжR 20 МПа) и интенсивно пучащих пород почвы, а также ее модификация – крепь КЦЛ (с линейно- циркульным верхняком). Следует отметить, что параллельно с развитием рамных крепей наметилась тен- денция внедрения технологии рамно- анкерного крепления горных выработок (в основном на шахтах ООО «ДТЭК»), что убедительно свидетельствует о преимуще- стве комбинированных систем и подтвер- ждает мировой опыт о базисной роли рам- ных металлокрепей. Поскольку в качестве основного влияющего фактора принимается ком- плексный показатель работоспособности крепи (т.е. работа в прямом физическом смысле), новые конструкции должны отве- чать требованиям повышения рабочего со- противления и конструктивной податливо- сти одновременно. Кроме того, дополни- 58 тельными являются требования относи- тельно стабильности рабочей характери- стики на всем интервале конструктивной податливости, ее типу (постоянное и весь- ма пологое нарастание рабочего сопротив- ления), минимизации разброса значений силового параметра и др. В ряде случаев, например, при необходимости решения за- дачи повторного использования выработ- ки, оказывается целесообразным примене- ние дополнительных мероприятий техно- логического характера: анкерования по- родного массива и тампонажа закрепного пространства, общим смыслом которых является повышение работоспособности крепления на начальном периоде сущест- вования выработки при проходке. Сравнение технических и технологиче- ских решений, используемых зарубежной и отечественной практикой, позволяет констатировать их идентичность как отно- сительно общей направленности, так и смысла. Отдельные различия объясняются в основном слабостью отечественной базы производства технических средств крепле- ния (крепи, замковые соединения, мате- риалы и т.д.), наряду с отсутствием до не- давнего времени комплексного подхода к решению проблемы в целом, что в ряде случаев привело к неудачным попыткам решения проблемы на основе паллиатив- ных частных решений по отдельным пози- циям с необоснованной переоценкой их значимости. Как общность, так и различие конкрет- ных технических решений зарубежной и отечественной практики может быть про- иллюстрированы на примере сравнения конструктивных особенностей рамных по- датливых крепей базового типа, исполь- зуемых на шахтах Германии (Haintzmann), Польши и Украины, изготовляемых из же- лобчатых спецпрофилей. Немецкая крепь представляет собой четырехзвенную рам- ную (арочную) конструкцию чисто эл- липсного очертания, что повлекло за собой необходимость использования сложной гибочной техники и, из-за важности обес- печения стабильности рабочего сопротив- ления, потребовало создания и использо- вания замковых соединений, имеющих массу до 10 кг специальной (усложненной) конструкции, а также освоения специаль- ного прокатного профиля. Прежде всего необходимо заметить, что требование чис- то эллипсной конфигурации крепежной рамы, являющееся теоретически и практи- чески обоснованным (минимизация изги- бающих моментов за счет приближения формы арки к кривой давления, что повы- шает несущую способность конструкции), не может считаться категорическим и, в силу неизбежных неопределенностей в практике относительно, например, кон- кретной схемы нагружения, может допус- кать определенные отклонения, а ряд от- меченных выше усложнений при этом от- падают. Поэтому для крепей нового техни- ческого уровня (например КМП-А3(А4, А5)Р2) конструкции ЗДНПЦ «Геомехани- ка» принята овоидная форма сечения с от- клонением от чисто эллипсной примерно 5 – 8%, что при всех прочих неопределен- ностях не может быть признана существен- ным. В то же время, расположение узлов податливости на участках периметра с меньшей кривизной и в точках действия минимальных значений возникающих изги- бающих моментов обеспечивает как повы- шенные значения податливости (пропор- ционально изменению радиуса изгиба), так и стабильность рабочей характеристики при меньшей величине разброса значений. Другие отличия сопоставляемых отече- ственных и зарубежных конструкций ана- логичного назначения, такие как особенно- сти используемых прокатных профилей, марок стали и др., позволяют считать их, применительно к задачам дальнейшего со- вершенствования, серьезным резервом мо- дернизации. Так, надежность и стабиль- ность рабочей характеристики может быть повышена при переходе на профили с при- нудительным зацеплением по полкам, на- пример, отечественная разработка СПА [2], что позволит увеличить значение пре- дельной несущей способности рамы при- мерно на 35 – 40% (предпосылка для соот- 59 ветствующего повышения рабочего сопро- тивления, как важнейшего образующего параметра влияющего фактора, – работо- способности). ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ПРИЗНАКИ ОВОИДНЫХ КОНСТРУКЦИЙ КРЕПИ Крепи КМП-А3(А4, А5)Р2/Р3 (крепь металлическая податливая, трех-, четырех- и пятизвенная, двух-, трехрадиусная) в конструктивном исполнении имеют форму овоида, максимально приближенного к эл- липсу [3, 4]. Данная форма крепи теорети- чески является наиболее устойчивой при восприятии всестороннего (с преобладани- ем вертикального) давления породного массива на контуре выработки, а в конст- руктивном исполнении отличается изме- нением формы сечения двух-, трехрадиус- ным изгибом образующих элементов и ва- риацией их разнорадиусности на критиче- ских участках приложения нагрузки Овоидные типы крепей отличаются от типовых арочных крепей совокупностью следующих отличительных признаков: – изменением формы сечения и сопря- женности несущих элементов крепи; – дифференцированной прочностью элементов конструкции на отдельных уча- стках периметра сечения, в зависимости от характера проявления горного давления и преобладающей деформации пород; – изменением соотношения радиусов изгиба и сопряженности образующих сег- ментов, в зависимости от характера и ре- жима нагружения рамы крепи. Конструкция крепи КМП-А3Р3 (рис. 1) содержит связанные между собой рамы, каждая из которых включает верхняк, вы- полненный с криволинейными средней и концевыми частями; две стойки, выпол- ненные с криволинейными верхними и средними частями, а также с прямолиней- ными нижними частями, у которых криво- линейные верхние части стоек соединены внахлест с криволинейными концевыми частями верхняка в узлах податливости и скреплены замками. Совершенствование крепи в основном направлено на изменение конфигурации поперечного сечения и образующих сег- ментов – верхняка и стоек в направлении максимального приближения эллипсов формы к кривой горного давления и уменьшения радиусов изгиба на критиче- ских участках приложения внешних уси- лий нагружения. Рис. 1. Трехрадиусная металлическая арочная податливая крепь КМП-А3Р3: 1 – рама; 2 – верхняк; 3 – стойки; 4 – узлы податливости; 5 – замки В конструкции решено совершенство- вание основных геометрических парамет- ров крепи путем выбора оптимального со- четания длины LBC криволинейной средней части верхняка и радиуса RBK изгиба кри- волинейной концевой части верхняка, а также выбора наилучшего сочетания ра- диуса RCB изгиба криволинейной верхней части стойки, длины LCB криволинейной верхней части стойки, радиуса RCС изгиба криволинейной средней части стойки, длины LCС криволинейной средней части стойки, длины LCH прямолинейной нижней части стойки и угла βсн наклона прямоли- нейной нижней части стойки к вертикали. Технический результат достигается обеспечением оптимального и сбалансиро- ванного соотношения основных характе- ристик крепи: предельной несущей спо- собности и величины конструктивной по- датливости. 60 Техническая задача решается тем, что в конструкции крепи верхняк, выполненный с криволинейными средней и концевыми частями, и две стойки, выполненные с кри- волинейными верхними и средними частя- ми, а также с прямолинейными нижними частями, у которых криволинейные верх- ние части соединены внахлест с криволи- нейными концевыми частями верхняка в узлах податливости. Геометрические па- раметры крепи определяются из условий обеспечения следующих соотношений представлены в табл. 1. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ КРЕПИ Таблица 1 № п/п Параметр Коэффициент пропорциональности 1 LBC= k1·LB k1 = 0,4 – 0,6 2 RBK= k2·RBC k2 = 1,5 – 1,7 3 RCB= k3·RBK k3 = 0,9 – 1,0 4 LCB= k4·LC k4 = 0,3 – 0,4 5 RCС= k5·RCB k5 = 1,1 – 1,3 6 LCС = k6·LC k6 = 0,2 – 0,35 7 LCH = k7·LC k7 = 0,1 – 0,3 Выбранные соотношения, а также ко- эффициенты пропорциональности опреде- лены расчетным и опытным путем, явля- ются оптимальными и формируют наи- лучшее сбалансированное сочетание ос- новных геометрических параметров и форму крепи. За счет оптимизации геометрических параметров крепи, в том числе радиусов концевых участков, сопрягаемых сегмен- тов (верхняка и стоек) увеличивается по- датливость на 150 – 300 мм, а также повы- шается устойчивость крепи по отношению как к осевым нагрузкам, так и боковым и косонаправленным. Выбор коэффициентов пропорциональ- ности за пределами указанных минималь- ных и максимальных значений нарушает такое оптимальное соотношение основных геометрических параметров крепи и при- водит к нарушению сбалансированного со- отношения прочностных показателей, ха- рактеристики податливости и рабочего со- противления, а также площади ее сечения. В процессе образования вокруг контура выработки со стороны горного массива зо- ны неупругих деформаций происходит всестороннее внешнее обжатие крепи на- рушенными породами горного массива и в узлах податливости 1 происходит взаимное скольжение криволинейных концевых час- тей верхняков 2 относительно соединен- ных внахлест криволинейных верхних час- тей стоек 3 с конгруэнтным изменением поперечного сечения рам. При этом замки 5 узлов податливости 4 крепи обеспечива- ют их плотное прилегание по всей длине нахлестки и создание стабильных усилий трения между ними, что обеспечивает ста- билизацию параметров рабочего сопротив- ления узлов податливости в интервале конструктивной податливости крепи. При этом отклонения величины рабочего со- противления крепи от проектной величины не превышают допустимые ±10 – 12%. Установившееся геомеханическое рав- новесие системы «крепь – массив» обеспе- чивается силами трения контактных по- верхностей криволинейных концевых час- тей верхняков и криволинейных верхних частей стоек, то есть силами сопротивле- ния в узлах податливости, создаваемыми замками. 61 В последующий период работы крепи в податливом режиме при горном давлении, превышающем сопротивление податливо- сти крепи при промежуточном геомехани- ческом равновесии системы «крепь – мас- сив», под действием дальнейшего смеще- ния массива горных пород процесс плав- ного скольжения криволинейных концевых частей верхняка относительно криволи- нейных верхних частей стоек, скреплен- ных замками в узлах податливости, посто- янно повторяется. За счет двух- и трехрадиусного изгиба криволинейных частей верхняка и стоек, определяемого соотношением 6181,Q = , в период нагружения крепи силы трения создают плавно нарастающую характери- стику рабочего сопротивления, а при дос- тижении геомеханического равновесия сис- темы «крепь – массив» обеспечивают про- ектную величину рабочего сопротивления. Рабочие параметры разработанных конст- рукций овоидных крепей двух- и трехради- усного исполнения – КМП-А3(А4)Р2 и КМП-А3(А5)Р3 представлены в табл. 2 и 3. Общая сравнительная эффективность овоидной крепи КМП-А3Р2(Р3) и шатро- вой КШПУ по паспорту крепления (в со- поставимых сечениях) дана в табл. 4. ПАРАМЕТРЫ КРЕПИ КМП-А3(А5)Р3 Таблица 2 Тип крепи Сечение в свету, м2 В, мм Н, мм b, мм Рабочее сопротивле- ние крепи, кН/раму Предельная несущая спо- собность, кН/раму Тип СВП Масса рамы, кг 9,8 4200 2970 3142 265 790 СВП-22 199 3644 265 630 СВП-22 222 11,8 4400 3372 3637 360 845 СВП-27 271 3730 265 690 СВП-22 224 12,3 4345 3566 3705 360 735 СВП-27 276 13,4 4640 3618 3978 360 770 СВП-27 285 14,4 4510 3966 4056 360 700 СВП-27 304 3815 4442 360 640 СВП-27 308 15,4 5175 3805 4426 480 950 СВП-33 382 4672 360 620 СВП-27 325 17,2 5235 4135 4668 480 930 СВП-33 402 4908 360 600 СВП-27 339 19,0 5380 4400 4904 480 850 СВП-33 418 КМП- А3Р3 20,6 5820 4446 5257 480 790 СВП-33 436 4470 360 600 СВП-27 336 15,8 5010 3970 4425 480 880 СВП-33 415 17,6 5240 4425 4695 480 790 СВП-33 435 19,0 5520 4224 4987 480 740 СВП-33 442 21,8 5920 4672 5364 480 670 СВП-33 482 КМП- А5Р3 25,0 6000 5115 5547 480 650 СВП-33 513 62 ПАРАМЕТРЫ КРЕПИ КМП-А3(А4)Р3 Таблица 3 Тип крепи Сечение рамы в свету, м2 В, мм Н, мм b, мм Рабочее сопротивление крепи, кН/раму Предельная несущая спо- собность, кН/раму Тип СВП Масса рамы, кг 4355 3474 3382 380 570 СВП-22 220 11,4 4340 3470 3360 553 830 СВП-27 268 347 520 СВП-22 230 12,4 4540 3515 3624 520 780 СВП-27 285 4700 3660 3806 331 497 СВП-22 231 4700 3666 3806 497 745 СВП-27 285 13,3 4685 3656 3788 653 980 СВП-33 352 4835 3793 3969 480 720 СВП-27 296 14,1 4825 3788 3953 627 940 СВП-33 366 5065 4007 4242 447 670 СВП-27 312 15,5 5055 4002 4230 593 890 СВП-33 386 5160 4095 4353 420 630 СВП-27 312 16,1 5150 4089 4335 573 860 СВП-33 386 4380 420 630 СВП-27 336 КМП- А3Р2 18,0 5470 4366 4713 573 860 СВП-33 415 5130 4052 4318 457 640 СВП-27 322 15,9 5163 4037 4322 610 870 СВП-33 398 4364 450 630 СВП-27 352 18,0 5470 4350 4713 610 860 СВП-33 434 КМП- А4Р2 22,0 5856 4617 5304 533 803 СВП-33 472 СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОВОИДНОЙ КРЕПИ КМП-А3Р2(Р3) И ШАТРОВОЙ КШПУ Таблица 4 Тип крепи Параметр Шатровые (КШПУ) Овоидные (КМП-А3(А4, А5)Р2(Р3) Коэффициент конструктивного качества 0,42 – 0,55 0,62 – 0,70 Предельная несущая способность Условно «1» + 35 – 50% Рабочее сопротивление Условно «1» + 30 – 60% Податливость, мм 300 500 – 700 Работоспособность Условно «1» ↑ в 1,5 – 2 раза Достигнутый результат применения овоидных конструкций крепи обеспечива- ется наиболее оптимальным и сбалансиро- ванным соотношением ее основных харак- теристик: предельной несущей способно- сти, рабочего сопротивления при его ста- бильности на всем интервале конструктив- ной податливости, оптимальным попереч- ным сечением при обеспечении минималь- ной металлоемкости. За счет оптимизации геометрических параметров крепи, в том числе радиусов концевых участков сопря- гаемых сегментов, дополнительно увели- чивается податливость крепи (на 150 – 63 300 мм), а также повышается ее устойчи- вость по отношению к вертикальным и бо- ковым нагрузкам. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ ОВОИДНЫХ ТИПОВ КРЕПИ НА ШАХТАХ ООО «ДТЭК» Опытно-промышленное внедрение ово- идной крепи производилось на шахте «Комсомолец Донбасса» в 2012 – 2014 гг. В качестве примера рассмотрим результа- ты испытания крепи КМП-А3Р2-16,1 на конвейерном уклоне пласта 6l блока № 5 гор. 810 м. Проходка выработки осуществлялась комбайновым способом смешанным забо- ем по пл. 6l мощностью 1,3 – 1,5 м с ниж- ней подрывкой 0,7 м; породы кровли песчано-глинистый сланец крепостью 5, почва – песчаный сланец крепостью 6 – 7. Проведение выработки осложнялось рас- положением в пределах зон повышенного горного давления пл. 7l , опасного по об- рушению пород кровли. На участке ПКО-ПК+15 м крепление осуществлялось типовой крепью АП3-15,5 из СВП-33 с шагом установки рам 0,8 м. При подходе к ПК4 появилось увеличение нагрузки на крепь, что привело к срабаты- ванию замков и деформации верхнего сег- мента. Усиление крепи ремонтинами под замок приостановило уменьшение сечения выработки по ширине, но не оказало влия- ние на развитие деформации верхнего сег- мента и наблюдалось выдавливание ж/б за- тяжки по контуру выработки. С ПК4+15 м по ПК8+1м крепления горной выработки осуществлялось крепью так же АП3-15,5, но с шагом установки рам 0,5 м, что приве- ло лишь к незначительному снижению де- формаций. Для уменьшения проявления горного давления и улучшения сохранности выра- боток было принято решение о примене- нии овоидной крепи. С ПК8+1 м по ПК10+16 м произведен переход на крепь КМП-А3Р2-16,1 из СВП-33 с увеличением шага установки 0,8 м. В зоне перехода ПК8+1 м – ПК8+3 м наблюдается смеще- ние верхняка на 0,5 м вследствие повы- шенного горного давления в переходной зоне, однако деформации крепи и выход ее в нерабочий режим не наблюдалось, на по- следующих 43 м выработки проседаний и деформаций крепи не было, а средние от- клонения от паспортных данных состав- ляют не более 0,1 м. С ПК10+16 м по ПК12+2 м произведен опять переход на крепь АП3-15,5 с шагом 0,5 м. Крепь отреагировала на вертикаль- ные и боковые нагрузки проседанием в замках, деформацией верхнего сегмента и уменьшением сечения выработки по высо- те на 0,65 м. Начиная с ПК12+2 м и до окончания выработка проводилась на крепь КМП- А3Р2-16,1 с шагом установки 0,8 м. Ре- зультаты проведенных наблюдений пред- ставлены в табл. 5. Исходя из вышеприведенных данных крепь КМП-А3Р2-16,1 характеризуется следующими преимуществами: увеличение несущей способности крепи, уменьшение плотности крепления с обеспечением экс- плуатационной устойчивости выработки. В совокупности достигнуты следующие ре- зультаты эффективности применения кре- пи овоидной КМП-А3Р2-16,1 (табл. 6). Согласно выводу приемочной комиссии установлено, что применение овоидной крепи КМП-А3Р2-16,1 показало карди- нальное повышение устойчивости конвей- ерного уклона пл. 6l блока №5 гор. 810 м ПАО «ДТЭК Шахта Комсомолец Донбас- са». Результаты внедрения овоидной крепи обеспечили снижение металлоемкости крепления на 320 кг на погонный метр вы- работки, т.е. на 36%. Всего на шахтах ООО «ДТЭК» закреп- лено овоидными типами крепи (табл. 7) более 7 км горных выработок. 64 РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ КОНВЕЙЕРНОГО УКЛОНА пл. l6 БЛОКА №5 гор.810 м Таблица 5 Участок Тип крепи Шаг уста- новки, м Проявление горного давле- ния Величина и направление смещений крепи Примечание ПКО-ПК4+15 м АП3-15,5 0,8 Срабатывание замков, прогиб верхняка 0,9 м по вертикали Выход крепи из нормального режима работы и пластическая деформация верхняка ПК4+15 м – ПК8+1м АП3-15,5 0,5 Срабатывание замков, прогиб верхняка 0,75 м по вертикали Пластическая деформация верхняка ПК8+1 м – ПК10+16 м КМП-А3Р2- 16,1 0,8 Срабатывание замков, повы- шенное г/д в зоне перехода (2 м) В зоне перехода смещения составили 0,5 м, последующие отклонения сечения выра- ботки не пре- вышают 0,1 м Наличие зоны перехода. Крепь работает в ра- бочем режиме. Пластические деформации элементов не наблюдаются ПК10+16 м по ПК12+2 м АП3-15,5 0,5 Проседание замка, дефор- мация верхнего сегмента, уменьшение сечения выра- ботки 0,65 м по вертикали Пластическая деформация верхнего сег- мента крепи ПК12+2 м – ПК19+13 м КМП-А3Р2- 16,1 0,8 Проседаний и деформаций крепи не на- блюдается Отклонения сечения не пре- вышают 0,1 м – РЕЗУЛЬТАТЫ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КРЕПИ ОВОИДНОЙ КМП-А3Р2-16,1 Таблица 6 Расход металла на 1 п.м арочное крепление АП3-15,5 (шаг 0,5) арочное крепление КМП-А3Р2-16,1 (шаг 0,8) Элементы затрат на креп- ление горной выработки Ед. изме- рения кол-во металлоемкость, кг кол-во металлоемкость, кг Снижение металло- емкости Крепь метал- лическая к-кт 2 792,00 1,3 507,00 36,0% Замок ЗПКМ шт. 8 56,96 5,0 35,60 37,5% Скоба М-16 (в сборе) шт. 6 10,92 3,8 6,916 36,6% Межрамная стяжка шт. 6 26,40 3,8 16,72 36,6% Итого: 886,28 566,24 220 кг/п.м 65 ОВОИДНЫЕ ТИПЫ КРЕПЕЙ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ НА ШАХТАХ ООО «ДТЭК» Таблица 7 № п/п Шахта Тип крепи Тип СВП Кол-во комплектов 1 «Комсомолец Донбасса» КМП-А3Р2-16,1 СВП-33 5927 2 «Алмазная» КМП-А4Р2-15,9 КМП-А4Р2-18,0 СВП-27 СВП-27 924 943 3 «Добропольская» КМП-А4Р2-15,9 КМП-А4Р2-18,0 СВП-27 СВП-27 320 375 4 «Западно-Донбасская» КМП-А3Р3-14,4 КМП-А3Р3-17,2 СВП-27 СВП-27 203 280 ВЫВОДЫ Результаты промышленного примене- ния овоидных типов крепи свидетельству- ют, что их технико-экономическая эффек- тивность реализуется по двум направлени- ям: снижение металлоемкости крепления горных выработок (в основном за счет уве- личения шага установки рам) до 36% или (в особо сложных горно-геологических ус- ловиях, зонах повышенного горного дав- ления) обеспечения эксплуатационной ус- тойчивости выработок без необходимости их перекрепления. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Кириченко В.Я. Тенденция развития средств кре- пления подготовительных выработок на угольных шахтах Украины / В.Я. Кириченко, В.И. Бондаренко // Школа подземной разработки: материалы междунар. научн.-практич. конф. – Д.: ЛізуновПрес, 2011. – С. 75 – 80. 2. Кириченко В.Я. Оценка потребительских свойств крепей горнах выработок с использованием нового про- филя / В.Я. Кириченко // Школа подземной разработки: материалы междунар. научн.-практич. конф. – Д.: ЛізуновПрес, 2011. – С. 177 – 183. 3. Пат. на корисну модель 61034 Україна. Металеве арочне податливе кріплення. – № u201013693; заявл. 18.11.10; опубл. 11.07.11, Бюл. № 22. 4. Пат. на корисну модель 54759 Україна, E21D11/14. Триланкове металеве рамне податливе кріплення «КМП- А3Р3». – № u201005392; заявл. 05.05.10; опубл. 25.11.10, Бюл. № 22. ОБ АВТОРАХ Кириченко Владимир Яковлевич – д.т.н., директор ЗДНПЦ «Геомеханика». Щедрин Владислав Александрович – инженер ООО «ДТЭК».

Обоснование и выбор параметров овоидной крепи для подготовительных выработок

Репозитарії

Схожі ресурси