Исследование и расчет боковых анкеров, устанавливаемых на высоте подрывки кровли выемочных выработок

Исследование и расчет боковых анкеров, устанавливаемых на высоте подрывки кровли выемочных выработок

Проведены закономерности влияния свойств углевмещающей выемочную выработку пород и глубины разработки на параметры боковых анкеров, получены выражения для их расчета и установлены области целесообразного использования....

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2015
Автори: Ковалевская, И.А., Малыхин, А.В., Гусев, А.С., Мовчан, В.С.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України 2015
Назва видання:Розробка родовищ
Теми:
Геомеханіка
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104650
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:Исследование и расчет боковых анкеров, устанавливаемых на высоте подрывки кровли выемочных выработок / И.А. Ковалевская, А.В.Малыхин, А.С. Гусев, В.С. Мовчан // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2015. — Т. 9. — С. 313-317. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-104650
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1046502025-02-23T17:52:16Z Исследование и расчет боковых анкеров, устанавливаемых на высоте подрывки кровли выемочных выработок Дослідження і розрахунок бокових анкерів, які встановлюються на висоті підривання покрівлі виїмкових виробок Research and calculation of side anchors that are set at a height of roof brushing in excavation Ковалевская, И.А. Малыхин, А.В. Гусев, А.С. Мовчан, В.С. Геомеханіка Проведены закономерности влияния свойств углевмещающей выемочную выработку пород и глубины разработки на параметры боковых анкеров, получены выражения для их расчета и установлены области целесообразного использования. Проведено закономірності впливу властивостей вуглевміщуючу виїмкову виробку порід і глибини розробки на параметри бокових анкерів, отримано вирази для їх розрахунку й встановлено області доцільного використання. The change influence of the rocks properties around coal roadway and depth of the development on the parameters of the side anchors are held. The expressions for their calculation are obtained. The field of reasonability are established. 2015 Article Исследование и расчет боковых анкеров, устанавливаемых на высоте подрывки кровли выемочных выработок / И.А. Ковалевская, А.В.Малыхин, А.С. Гусев, В.С. Мовчан // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2015. — Т. 9. — С. 313-317. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 2415-3435 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104650 622.282.74 ru Розробка родовищ application/pdf 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 Геомеханіка
Геомеханіка
spellingShingle Геомеханіка
Геомеханіка
Ковалевская, И.А.
Малыхин, А.В.
Гусев, А.С.
Мовчан, В.С.
Исследование и расчет боковых анкеров, устанавливаемых на высоте подрывки кровли выемочных выработок
Розробка родовищ
description Проведены закономерности влияния свойств углевмещающей выемочную выработку пород и глубины разработки на параметры боковых анкеров, получены выражения для их расчета и установлены области целесообразного использования.
format Article
author Ковалевская, И.А.
Малыхин, А.В.
Гусев, А.С.
Мовчан, В.С.
author_facet Ковалевская, И.А.
Малыхин, А.В.
Гусев, А.С.
Мовчан, В.С.
author_sort Ковалевская, И.А.
title Исследование и расчет боковых анкеров, устанавливаемых на высоте подрывки кровли выемочных выработок
title_short Исследование и расчет боковых анкеров, устанавливаемых на высоте подрывки кровли выемочных выработок
title_full Исследование и расчет боковых анкеров, устанавливаемых на высоте подрывки кровли выемочных выработок
title_fullStr Исследование и расчет боковых анкеров, устанавливаемых на высоте подрывки кровли выемочных выработок
title_full_unstemmed Исследование и расчет боковых анкеров, устанавливаемых на высоте подрывки кровли выемочных выработок
title_sort исследование и расчет боковых анкеров, устанавливаемых на высоте подрывки кровли выемочных выработок
publisher УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
publishDate 2015
topic_facet Геомеханіка
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104650
citation_txt Исследование и расчет боковых анкеров, устанавливаемых на высоте подрывки кровли выемочных выработок / И.А. Ковалевская, А.В.Малыхин, А.С. Гусев, В.С. Мовчан // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2015. — Т. 9. — С. 313-317. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.
series Розробка родовищ
work_keys_str_mv AT kovalevskaâia issledovanieirasčetbokovyhankerovustanavlivaemyhnavysotepodryvkikrovlivyemočnyhvyrabotok
AT malyhinav issledovanieirasčetbokovyhankerovustanavlivaemyhnavysotepodryvkikrovlivyemočnyhvyrabotok
AT gusevas issledovanieirasčetbokovyhankerovustanavlivaemyhnavysotepodryvkikrovlivyemočnyhvyrabotok
AT movčanvs issledovanieirasčetbokovyhankerovustanavlivaemyhnavysotepodryvkikrovlivyemočnyhvyrabotok
AT kovalevskaâia doslídžennâírozrahunokbokovihankerívâkívstanovlûûtʹsânavisotípídrivannâpokrívlíviímkovihvirobok
AT malyhinav doslídžennâírozrahunokbokovihankerívâkívstanovlûûtʹsânavisotípídrivannâpokrívlíviímkovihvirobok
AT gusevas doslídžennâírozrahunokbokovihankerívâkívstanovlûûtʹsânavisotípídrivannâpokrívlíviímkovihvirobok
AT movčanvs doslídžennâírozrahunokbokovihankerívâkívstanovlûûtʹsânavisotípídrivannâpokrívlíviímkovihvirobok
AT kovalevskaâia researchandcalculationofsideanchorsthataresetataheightofroofbrushinginexcavation
AT malyhinav researchandcalculationofsideanchorsthataresetataheightofroofbrushinginexcavation
AT gusevas researchandcalculationofsideanchorsthataresetataheightofroofbrushinginexcavation
AT movčanvs researchandcalculationofsideanchorsthataresetataheightofroofbrushinginexcavation
first_indexed 2025-11-24T04:08:09Z
last_indexed 2025-11-24T04:08:09Z
_version_ 1849643279109324800
fulltext 313 УДК 622.282.74 © И.А. Ковалевская, А.В. Малыхин, А.С. Гусев, В.С. Мовчан И.А. Ковалевская, А.В.Малыхин, А.С. Гусев, В.С. Мовчан ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ БОКОВЫХ АНКЕРОВ, УСТАНАВЛИВАЕМЫХ НА ВЫСОТЕ ПОДРЫВКИ КРОВЛИ ВЫЕМОЧНЫХ ВЫРАБОТОК Проведены закономерности влияния свойств углевмещающей выемочную выработку пород и глубины разработки на параметры боковых анкеров, получены выражения для их расчета и установлены области целесообразного использования. ДОСЛІДЖЕННЯ І РОЗРАХУНОК БОКОВИХ АНКЕРІВ, ЯКІ ВСТАНОВЛЮЮТЬСЯ НА ВИСОТІ ПІДРИВАННЯ ПОКРІВЛІ ВИЇМКОВИХ ВИРОБОК Проведено закономірності впливу властивостей вуглевміщуючу виїмкову виробку порід і глибини розробки на параметри бокових анкерів, отримано вирази для їх розрахунку й встановлено області доцільного використання. RESEARCH AND CALCULATION OF SIDE ANCHORS THAT ARE SET AT A HEIGHT OF ROOF BRUSHING IN EXCAVATION The change influence of the rocks properties around coal roadway and depth of the develop- ment on the parameters of the side anchors are held. The expressions for their calculation are obtained. The field of reasonability are established. ВВЕДЕНИЕ Весомую роль в себестоимость добычи угля вносят затраты на крепление и под- держание горных выработок (30 – 45%), среди которых наибольшая суммарная про- тяженность приходится на подготовитель- ные (в основном пластовые) выработки. Здесь проблема ресурсосбережения форму- лируется как совершенствование малоза- тратных технологий крепления и поддер- жания выработок на основе управления со- стоянием вмещающего массива с макси- мальным его вовлечением в работу по про- тиводействию проявлениям горного давле- ния. Наиболее остро данная проблема стоит перед шахтами Западного Донбасса, где слабые слоистые породы углевмещающей толщи генерируют развитие высоких нагру- зок на крепь и перемещений породного контура выработки даже вне зоны влияния очистных работ. Неоднородность структу- ры и свойств пород по длине выработки обусловливают переменную интенсивность проявлений горного давления на разных ее участках, которая дополнительно усилива- ется переменной степенью влияния ослаб- ляющих породу факторов (обводненность, трещиноватость, реология и др.). С точки зрения ресурсосбережения в практике кре- пления выемочных выработок шахт Запад- ного Донбасса накоплен позитивный опыт применения анкерной крепи в сочетании с традиционными податливыми трехзвен- ными рамными крепями, в основном, се- рии КШПУ. Однако такая комбинация не в 314 полной мере реализует свои потенциаль- ные возможности, так как рама и анкера работают раздельно (без конструктивной связи) и выполняют, по существу, разные функции: анкера упрочняют приконтурные породы, создавая грузонесущую железопо- родную конструкцию, а рамная крепь в процессе своей податливости воспринима- ет давление разупрочняющихся неустой- чивых пород. Соединить два типа крепи необходимо такими конструктивными свя- зями, которые обеспечивали бы много- функциональный режим сопротивления рамно-анкерной крепи, автоматически адаптирующейся к характеру проявлений горного давления: во-первых, управление состоянием приконтурных пород, анкеров и рамной крепи; во-вторых, обеспечение пространственной податливости связи для саморегулирования нагрузки при сущест- венной неравномерности проявлений гор- ного давления по всем трем измерениям; в-третьих, обеспечение рационального ре- жима работы рамно-анкерной крепи, ха- рактеризующегося формированием мини- мальной нагрузки на раму при сдвижении слабых пород углевмещающей толщи, что является основой ресурсосбережения при поддержании пластовых выработок. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Рациональные параметры установки боковых анкеров по высоте верхней под- рывки характеризуются следующими зна- чениями. Высота установки y анкеров от почвы выработки должна удовлетворять трем условиям. Во-первых, хвостовик анкера целесооб- разно разместить на минимальном рас- стоянии (0,15 – 0,20 м) в непосредственной кровле от плоскости напластования уголь- ного пласта. При его выемке образуется полость по длине стойки рамы и появляет- ся свобода перемещения стойки в сторону приконтурного массива со значительной деформацией изгиба. Описанный эффект кручения и изгиба стойки довольно часто наблюдается на практике и подтверждает- ся результатами моделирования состояния рамной крепи. Со стороны нетронутого массива при повторном использовании вы- емочной выработки будет иметь место та же ситуация, поэтому верхние боковые ан- кера устанавливаются симметрично в по- перечном сечении выработки. Во-вторых, как отмечено в работе [1], положительно себя зарекомендовало техни- ческое решение об объединении стоек рам и боковых анкеров конструктивными меха- ническими связями, которые создают стой- кам дополнительные опоры и препятствуют чрезмерным пластическим деформациям в полость выработки. Исследованиями уста- новлено, что, с точки зрения максимального снижения интенсивности напряжений в стойке рамы, верхний боковой анкер целе- сообразно устанавливать на высоте 2281 ,,y −= м от почвы выработки. В-третьих, по соображениям устойчивой работы замка податливости без перегибов и заклинивания, верхний боковой анкер дол- жен располагаться ниже его, но на неболь- шом расстоянии – до 0,5 – 0,6 м. Выполнение всех перечисленным усло- вий зависит от глубины подрывки пород почвы, учитывая достаточно стабильные значения вынимаемой мощности пласта угля в Западном Донбассе. Поэтому при удовлетворении всех требований допусти- мо расширить диапазон вариации расстоя- ний от верхней кромки угольного пласта (при установке верхних боковых анкеров) до 0,5 м. В плане поиска рационального угла на- клона β верхних боковых анкеров иссле- дованиями НДС приконтурного массива ус- тановлено следующее. Любой анкер наибо- лее полно реализует свой силовой потенци- ал, когда его продольная ось совпадает с направлением перемещений приконтурного массива. В соответствии с этим условием, принимая во внимание интервал изменения высоты установки верхних боковых анке- ров, выявлен наиболее эффективный диапа- зон угла его наклона .3525 −=β Нижняя 315 граница β соответствует минимальной рекомендуемой высоте расположения ан- керов от почвы выработки, верхняя грани- ца β – максимальному значению y . Рациональная длина к м,лl верхних бо- ковых анкеров определяется по условию расположения их замков в целостных по- родах по формуле хв к м,лзам к м,л lbll ++≥ , (1) где замl и хвl – длины замка и хвостовика анкера, соответственно; к лb – ширина области разупрочнения пород непосредственной кровли со сторо- ны лавы. Параметр к лb определяется по [2] ( ) ( )[ ]H,exp RR l,b ,к, , oxк л 3 210 1 10 730 1095114 −⋅−−= , (2) где H – глубина размещения выработки; oxl – ширина охранной полосы; R – среднее расчетное сопротивление сжатию пород кровли; кR1 – сопротивление сжатию породы непосредственной кровли. Понимание «целостности» непосредст- венной кровли относительно, так как она со стороны выработанного пространства разбита на блоки трещинами, параллель- ными продольной оси выемочными выра- ботками. В этом плане главная задача верхних боковых анкеров – связать при- контурные блоки во избежание «обыгры- вания» непосредственной кровлей охран- ной системы и обеспечения ее относитель- но равномерного нагружения. Тогда, бла- годаря рекомендуемым параметрам распо- ложения верхних боковых анкеров, они позиционируются как элемент поддержа- ния выработки, объединяющий рамную крепь, породы непосредственной кровли и охранную систему в единую грузонесу- щую конструкцию. 200 0 300 400 500 Н, м 1 2 3 4 1 2 3 4 5 10 15 20 ( KR1 )гр, МПа Сталеполи- мерные анкера канатные анкера Рис. 1. Линии границ областей использования сталеполимерных или канатных анкеров для упрочнения боковых пород по высоте верхней подрывки при среднем расчетном сопротивлении сжатию: 1 – R = 40 МПа, 2 – R = 20 МПа, 3 – R = 10 МПа, 4 – R = 5 МПа; lo x = 2,0 м; lo x = 1,5 м Области целесообразного применения сталеполимерных и канатных анкеров для упрочнения боковых областей приконтур- ных пород непосредственной кровли уста- новлены на основе совместного решения выражения (2) и условия (1). Здесь учиты- вается факт более нагруженного состояния верхнего бокового анкера со стороны вы- работанного пространства по сравнению с таковым со стороны массива. В результате получено выражение для определения гра- ничной величины ( )гркR1 расчетного со- противления сжатию боковых пород непо- средственной кровли 316 ( ) ×= 480 483 1 510 , , ox гр к R l,R ( )[ ] 764310951 , H,exp −⋅−−× , МПа. (3) По формуле (3) построены графики, разделяющие области сочетания геомеха- нических параметров, где целесообразно использовать сталеполимерные или канат- ные анкера (рис. 1). 200 300 400 500 Н, м 0 20 40 60 K K m R 1 1 , м МПа 0 10 20 30 R, МПа 8 12 16 20 K лd , мм 1 2 Рис. 2. Закономерности изменения требуемого диаметра «арматуры» верхних боковых анкеров dк л от глубины H размещения выработки ( ), отношения Rк 1 /mк 1 расчетного сопротивления сжатию к мощности непосредственной кровли ( ) и среднего расчетного сопротивления сжатию R ( ) близлежащего углевмещающего массива: 1 – сталеполимерные анкера; 2 – канатные анкера Требуемая реакция сопротивления верхних боковых анкеров достигается за счет выбора соответствующего диаметра их «арматуры». Технология поиска рацио- нальных значений диаметров K лd сталепо- лимерных и канатных анкеров выполнена путем проведения серий вычислительных экспериментов. На рис. 2 приведены зави- симости рациональных диаметров «армату- ры» верхних анкеров (устанавливаемых со стороны выработанного пространства) от геомеханических параметров. В качествен- ном плане закономерности схожи с таковы- ми для нижних боковых анкеров. Однако в количественном плане требуемый диаметр верхних боковых анкеров стабильно мень- ше по величине, чем нижних. Это объясня- ется их меньшей нагруженностью. Обра- ботка установленных закономерностей ме- тодами коррелляционно-дисперсионного анализа позволила получить выражение для расчета минимально необходимого диамет- ра «арматуры» верхних боковых анкеров ( ){ ×      +⋅+⋅= − 48042710853310631 72 33 , R ,H,,,d ,в к л σ 50 1 110610210 , к к m R,exp,,                     −+× , мм. (4) ВЫВОДЫ 1. Установлены основные факторы, наиболее значимо влияющие на степень нагруженности боковых анкеров в составе крепежной системы выемочной выработ- ки: глубина ее размещения, среднее рас- четное сопротивление сжатию близлежа- щей углевмещающей толщи, отношение расчетного сопротивления сжатию пород непосредственной кровли и почвы к их мощности. Закономерности влияния пере- численных параметров использованы в процессе поиска рациональных конструк- тивных параметров крепежной системы выемочной выработки в зависимости от геомеханических условий ее поддержания. 2. Подтверждена эффективность уста- новки боковых анкеров с податливыми ме- ханическими связями со стойками рамной крепи. Это впервые доказано в рамках рас- смотрения всего современного и перспек- тивного перечня крепежных и охранных элементов с широким диапазоном вариа- 317 ций их параметров и горно-геологических условий. Получены расчетные выражения, полностью определяющие все необходи- мые параметры: координаты установки бо- ковых анкеров и их угол наклона, длина анкеров и диаметр несущего стержня. Также обоснована граница областей целе- сообразного применения боковых сталепо- лимерных и канатных анкеров. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Геомеханика взаимодействия анкерной и рамной крепей горных выработок в единой грузонесущей сис- теме / [Бондаренко В.И., Чередниченко Ю.Я., Ковалев- ская И.А. и др.]. – Д.: ЛізуновПрес, 2010. – 174 с. 2. Взаимодействие грузонесущих элементов сис- темы выемочных выработок «массив – рама – анкер» / [Бондаренко В.И., Ковалевская И.А., Симанович Г.А. и др.]. – Д.: ЛізуновПрес, 2015. – 214 с. ОБ АВТОРАХ Ковалевская Ирина Анатольевна – д.т.н., профес- сор кафедры подземной разработки месторождений Национального горного университета. Малыхин Александр Владимирович – горный инже- нер, соискатель кафедры подземной разработки ме- сторождений Национального горного университета. Гусев Александр Станиславович – директор ПСП «Шахтоуправление «Першотравенское» ПАО «ДТЭК Пав- лоградуголь». Мовчан Виталий Сергеевич – директор ПСП «Шах- тоуправление «Днепровское» ПАО «ДТЭК Павлоград- уголь».

Схожі ресурси