Контроль состояния крепи обводненных стволов
У статті проаналізовано вживані в даний час способи і засоби контролю стану кріплення вертикальних стволів шахт. Наведено схему георадара для дослідження кріплення обводнених стволів. Currently employed methods and facilities for monitoring conditions of vertical mine shaft supports are reviewed. Th...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
|---|---|
| Datum: | 2013 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2013
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57143 |
| 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: | Контроль состояния крепи обводненных стволов / В.Ф. Филатов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 12. — С. 143-151. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859733519581839360 |
|---|---|
| author | Филатов, В.Ф. |
| author_facet | Филатов, В.Ф. |
| citation_txt | Контроль состояния крепи обводненных стволов / В.Ф. Филатов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 12. — С. 143-151. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| description | У статті проаналізовано вживані в даний час способи і засоби контролю стану кріплення вертикальних стволів шахт. Наведено схему георадара для дослідження кріплення обводнених стволів.
Currently employed methods and facilities for monitoring conditions of vertical mine shaft supports are reviewed. The circuit of georadar for penetration into supports of the watered shafts is shown.
|
| first_indexed | 2025-12-01T14:09:18Z |
| format | Article |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013
143
УДК 622.016.22: 620.179
КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ КРЕПИ ОБВОДНЕННЫХ
СТВОЛОВ
Филатов В. Ф.
(УкрНИМИ НАНУ, г. Донецк, Украина)
У статті проаналізовано вживані в даний час способи і за-
соби контролю стану кріплення вертикальних стволів шахт. На-
ведено схему георадара для дослідження кріплення обводнених
стволів.
Currently employed methods and facilities for monitoring condi-
tions of vertical mine shaft supports are reviewed. The circuit of
georadar for penetration into supports of the watered shafts is shown.
Шахтный ствол – уникальное, ответственное и дорогостоя-
щее сооружение горного предприятия, от состояния которого за-
висят эффективная работа шахты и безопасность людей. В про-
цессе эксплуатации ствола его крепь испытывает активное влия-
ние геомеханических и гидрогеологических процессов, происхо-
дящих в массиве вмещающих пород, и воздействие динамических
нагрузок, возникающих при движении подъемных сосудов по
направляющим его армировки. Эти факторы при достижении
критических значений могут вызвать нарушение ее целостности
и, как следствие, – негативно повлиять на эксплуатационные воз-
можности ствола.
Самыми распространенными типами крепи вертикальных
стволов являются монолитная бетонная и железобетонная, доля
которых в Донбассе составляет 93 % общего объема крепи ство-
лов [1].
Основные причины нарушения крепи:
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013
144
– некачественная информация о горно-геологических и гид-
рогеологических условиях зоны заложения ствола на стадии ин-
женерно-изыскательских работ;
– ошибочные решения на стадии проектирования крепи;
– отступления от норм и проектов (заниженная толщина
крепи, низкое качество бетона, отсутствие арматуры в преду-
смотренных проектом местах, и т.д.) на стадии сооружения вер-
тикального ствола;
– влияние очистных работ при ведении их в пределах зоны
опасного влияния на ствол, без конструктивных мер защиты кре-
пи, при пересечении стволом старых выработанных пространств,
а также при целиках недостаточных размеров;
– воздействие околоствольных выработок при их строитель-
стве, эксплуатации, ремонте или расширении;
– несвоевременное проведение мероприятий по техническо-
му обслуживанию и ремонту крепи в процессе эксплуатации
ствола.
Нарушение крепи, как правило, происходит вследствие
комплекса причин, одна или несколько из которых являются пре-
обладающими [2].
Дефекты крепи обычно проявляются в виде: микротрещин и
трещин, заколов и вывалов, вздутий, наплывов, проемов и отвер-
стий в крепи, выпучивания арматуры, ослаблений в заделках рас-
стрелов армировки, и т. п.
На современном этапе развития угольной промышленности
Украины применяемые способы и технические средства исследо-
вания состояния крепи [3] ориентированы в основном на визу-
альное ее обследование. В результате устанавливаются повре-
ждения и деформации крепи уже проявившиеся на ее поверхно-
сти. В тоже время для своевременного принятия эффективных,
профилактических мер по поддержанию работоспособности кре-
пи необходима информация о состоянии закрепного массива и
крепи на начальной стадии развития деформационных процессов.
«Методическое пособие по комплексной геофизической диа-
гностике породного массива и подземных геотехнических систем»
[4] рекомендует для решения этой задачи устройство глубинного
визуального исследования состояния крепи, содержащее видео-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013
145
камеру с источником света и базовый блок. В состав базового
блока входят компьютер, система управления, источник элек-
трической энергии и насадка бокового наблюдения для видеока-
меры. Дополнительно устройство снабжено буровым механиз-
мом, досылающим приспособление, а также силовым, информа-
ционным и управляющим кабелями. С помощью бурового меха-
низма в крепи ствола на всю его толщину выбуривают скважину,
вводят в нее досылающим приспособлением видеокамеру, вклю-
чают подсветку и видеокамеру. Получаемая видеоинформация о
состоянии крепи и закрепного пространства в зоне скважины по-
ступает по кабельной сети в базовый блок, где происходит ее об-
работка и вывод на монитор компьютера. Для детального обсле-
дования полости в закрепном пространстве, при ее наличии, на
видеокамеру устанавливают насадку бокового наблюдения.
Недостатки этого устройства: сложность производства диа-
гностических исследований состояния крепи и закрепного про-
странства шахтного ствола, обусловленная необходимостью бу-
рения специальных скважин в крепи, а также низкая информа-
тивность, поскольку объем получаемой информации о состоянии
крепи и горного массива ограничен поверхностью скважины. К
тому же вынужденное разрушение крепи ствола при бурении
скважин частично ее ослабляет.
НТЦ «Подземиндустрия» Академии горных наук Украины
разработано устройство ИСК-1Ш [5] для виброакустической диа-
гностики состояния крепи, состоящее из механического возбуди-
теля ударных колебаний и блока приема вибраций. До начала из-
мерений производится разметка контролируемой поверхности
крепи ствола по сетке. Величина вертикального шага сетки обыч-
но принимается равной шагу яруса армировки. В горизонтальной
плоскости кольцевой участок крепи разбивается на 6 – 8 секто-
ров. Базу контроля располагают в горизонтальной плоскости и
выбирают в пределах 1,5 – 2,5 м. Далее одиночными механиче-
скими ударами в каждой расчетной точке возбуждают колебания
в массиве крепи, и в блоке приема вибраций осуществляется ре-
гистрация колебаний с последующим анализом их характеристик.
Признаком наличия пустот в пределах базы контроля является
изменение амплитуды свободных колебаний.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013
146
Сложность производства исследований в специфических
условиях вертикального шахтного ствола, связанная с необходи-
мостью возбуждения механических колебаний в массиве крепи, а
также низкая информативность, обусловленная пошаговым, то-
чечным исследованием состояния крепи, являются причиной того
что это устройство не находит широкого применения.
Наиболее перспективным является способ радиолокацион-
ного исследования состояния крепи ствола и закрепного массива
с помощью георадаров [6]. Георадар представляет собой блок
приемопередающих антенн, соединенный информационным и
управляющим кабелями с блоком управления и отображения ин-
формации (ноутбуком). Блок приемопередающих антенн распо-
лагают на поверхности крепи шахтного ствола, и по управляю-
щему кабелю подают сигнал на его включение. В процессе пере-
мещения блока, его передающая антенна излучает электромаг-
нитный импульс и направляет в массив крепи ствола. При встре-
че с аномалиями в исследуемом массиве, электромагнитный им-
пульс отражается от границы слоев, улавливается приемной ан-
тенной блока и поступает по информационному кабелю в блок
управления и отображения информации. Здесь производится его
регистрация, анализ и визуализация информации в виде непре-
рывного разреза исследуемой среды с отображением трещин и
пустот.
Рынок георадаров на Украине представлен разнообразной
по назначению продукцией, как зарубежных фирм, так и стран
СНГ [7]. Для использования в горном деле, по нашему мнению,
из-за малых габаритов, блочного исполнения и простоты кон-
струкции наиболее приемлемы георадары серии «ОКО» произ-
водства компании «ГЕОТЕХ-ЛОГИС» (Москва, Россия). В таб-
лице 1 приведена краткая характеристика георадаров модифика-
ции "ОКО - М1".
Приёмная и передающая антенны георадара оснащаются
легкосъёмными аккумуляторными батареями ёмкостью 2,2 А∙ч и
напряжением 12 В. Для снижения энергопотребления включение
всех основных узлов в приборе происходит только в те проме-
жутки времени, когда осуществляется зондирование. Ёмкости ак-
кумуляторов хватает более, чем на 4 часа непрерывной работы.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013
147
Все варианты георадаров "ОКО-М1" в качестве устройства
управления и отображения информации используют Note Book
любого типа.
Таблица 1
Характеристика георадаров «ОКО-М1» с различной моделью
антенных блоков
Антенные
блоки
Габариты,
мм
Глубина
зондирования,
м
Масса,
кг
Потребляемая
мощность,
Вт
АБ-400 680/275/120 5 4,2 6,0
АБ-700 470/160/170 3 2,2 5,0
АБ-1200 205/165/135 1.5 0,8 5,0
АБ-1700 205/165/135 1 0,8 5,0
Однако область применения георадаров в горном деле огра-
ничена сухими, не обводненными стволами, где отсутствуют ка-
пеж воды в пространстве ствола и потоки воды на поверхности
его крепи. В то время как в подавляющем большинстве вертика-
льные стволы шахт Украины сооружены в сложных горно-
геологических условиях, с пересечением водоносных горизонтов.
Подземные воды дренируют через крепь по стыкам крепи и кас-
кадом струятся по стенкам ствола. Очень часто эти воды сильно
минерализованы и обладают агрессивными свойствами. Анализ
изменения притока воды при строительстве стволов [8] показы-
вает, что в большинстве случаев на небольших глубинах в зоне
гидравлической активности приток составляет до 30 м³/ч. С уве-
личением глубины приток уменьшается. На глубине 400–500 м
он составляет 10–15 м³/ч, а на глубине более 800 м – 0,5–2 м³/ч.
Примерно 65–80 % воды, фильтрующейся через крепь, распреде-
ляется в виде капежа на удалении 0,3 м от стен, 15 % – на рассто-
янии 1,2 м и только около 5 % воды стекает в центральной части
ствола.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013
148
В институте УкрНИМИ на базе георадара «ОКО-М1» разра-
ботано устройство [9] для контроля состояния крепи шахтного
ствола в обводненных условиях (рис. 1).
1 – водонепроницаемый короб; 2 – борт короба; 3 – эластич-
ный уплотнитель; 4 – фиксатор; 5 – блок приемопередающих ан-
тенн; 6 – кабельный канал; 7 – отверстие; 8 – штуцер; 9 – возду-
хопровод; 10 – вакуумирующее устройство; 11 – кабель инфор-
мационный; 12 – кабель управляющий; 13 – блок управления и
отображения информации.
Рис. 1. Устройство для контроля состояния крепи шахтного
ствола
Устройство содержит блок приемопередающих антенн, свя-
занный информационным и управляющим кабелями с блоком
управления и отображения информации. Блок приемопередаю-
щих антенн установлен на фиксаторах внутри жесткого водоне-
проницаемого короба. По контуру борта короба закреплен эла-
стичный уплотнитель. В корпусе короба выполнены канал для
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013
149
информационного и управляющего кабелей блока управления и
отображения информации, и отверстие со штуцером, соединен-
ным воздухопроводом с вакуумирующим устройством.
Работы по исследованию состояния крепи в стволе произво-
дят с крыши подъемных сосудов, из сопрягающихся со стволом
выработок, или непосредственно из подъемных сосудов. Перед
началом обследования состояния крепи ствола блок приемопере-
дающих антенн размещают внутри водонепроницаемого короба и
закрепляют в нем фиксаторами. Информационный и управляю-
щий кабели, подсоединенные к блоку приемопередающих ан-
тенн, пропускают через кабельный канал короба и подсоединяют
к блоку управления и отображения информации. После выполне-
ния подготовительных операций водонепроницаемый короб с
блоком приемопередающих антенн устанавливают на поверхно-
сти крепи в зоне исследований и приводят в действие вакууми-
рующее устройство. В процессе работы вакуумирующее устрой-
ство удаляет воздух из внутреннего пространства короба, и за
счет разницы атмосферного давлений внутри короба и снаружи
эластичный уплотнитель плотно прилегает к поверхности крепи
ствола. В результате струящиеся по поверхности крепи потоки
воды не попадают внутрь короба, что в сочетании с осушенным
при вакуумировании воздухом внутри короба, создает благопри-
ятные условия для эффективной работы блока приемопередаю-
щих антенн. Затем по управляющему кабелю подают сигнал на
включение блока приемопередающих антенн. В процессе работы
блока его передающая антенна излучает вырабатываемый блоком
электромагнитный импульс и направляет его в массив крепи
ствола. При встрече с аномалией в исследуемом массиве, элек-
тромагнитный импульс отражается от границы слоев, улавлива-
ется приемной антенной блока и поступает по информационному
кабелю в блок управления и отображения информации. Здесь
производится его регистрация, анализ и визуализация информа-
ции в виде непрерывного разреза исследуемой среды с отображе-
нием трещин и пустот. Пошагово перемещая водонепроницаемый
короб с блоком приемопередающих антенн по поверхности кре-
пи, выполняют исследование состояния всего заданного участка
крепи ствола и закрепного массива.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013
150
Выводы. Практическое применение георадара приспособ-
ленного к работе в специфических условиях обводненного верти-
кального ствола позволит с минимальными трудозатратами полу-
чать качественную информацию о состоянии его крепи и закреп-
ного массива, в том числе и на начальной стадии развития де-
формационных процессов. Это даст возможность своевременно
принимать эффективные, профилактические меры по поддержа-
нию работоспособности крепи и контролировать качество ее ре-
монта, обеспечивая тем самым устойчивое функционирование
шахтного ствола.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Борщевский С. В., Прокопов А. Ю. Исследование основных
причин нарушений крепи вертикальных стволов угольных
шахт Донбасса // Проблеми експлуатації обладнання шахтних
стаціонарних установок: Збірник наукових праць. Вип. 101. –
– Донецьк : ВАТ «НДІГМ ім. М. М. Федорова», 2007. –– с.
54––62.
2. Пособие по восстановлению крепи и армировки вертикаль-
ных стволов: РД 12.18.073–88. –– Утв. Минуглепромом СССР
11.07.88. –– Харьков, 1989. –– 106 с.
3. Акимов А. Г., Хакимов Х. Х. Обеспечение безопасной эксп-
луатации шахтных стволов. –– М. : недра, 1988. –– 216с.
4. Методическое пособие по комплексной геофизической диаг-
ностике породного массива и подземных геотехнических сис-
тем.— Днепропетровск, ИГТМ им. Н. С. Полякова НАН Ук-
раины, 2004. –– С. 10––12.
5. Манец И. Г., Грядущий Б. А, Левит В. В.Техническое обслу-
живание и ремонт шахтных стволов. Донецк. –– «Юго-
Восток» 2008 г. –– с. 422––427.
6. Захаров Е. П., Мухин Е. П., Голубева Л. В., Фурсов Н. Ф.
Оценка состояния массива горных пород по результатам ра-
диолокационных исследований // Уголь Украины. –– 1998. ––
№ 8—9. — с. 28––31.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013
151
7. Использование георадара в горном деле [Электронный ре-
сурс] / ООО «Геофизпроект». –– Режим доступа:
www.georadar.com.ua/?id=57 — 10.09.2012 г. –– Загл. с экрана.
8. Седов В. И., Борщевский С. В., Пшеничный Ю. А., Ле-
вит В. В. Снижение водопритоков в вертикальных стволах
шахт // Уголь Украины –– 2006. –– № 11. –– С. 49––52.
9. Пристрій для контролю стану кріплення шахтного ствола :
Україна, МПК E21D 7/00/ Дрібан В. О., Кулібаба С. Б., Філа-
тов В. Ф., Хохлов Б. В. (Україна). –– заявка на корисну мо-
дель № u201211392, від 08.02.2013.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-57143 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-885X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T14:09:18Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Филатов, В.Ф. 2014-03-04T10:49:49Z 2014-03-04T10:49:49Z 2013 Контроль состояния крепи обводненных стволов / В.Ф. Филатов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 12. — С. 143-151. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57143 622.016.22: 620.179 У статті проаналізовано вживані в даний час способи і засоби контролю стану кріплення вертикальних стволів шахт. Наведено схему георадара для дослідження кріплення обводнених стволів. Currently employed methods and facilities for monitoring conditions of vertical mine shaft supports are reviewed. The circuit of georadar for penetration into supports of the watered shafts is shown. ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Наукові праці УкрНДМІ НАН України Контроль состояния крепи обводненных стволов Monitoring Conditions of Watered Shaft Linings Article published earlier |
| spellingShingle | Контроль состояния крепи обводненных стволов Филатов, В.Ф. |
| title | Контроль состояния крепи обводненных стволов |
| title_alt | Monitoring Conditions of Watered Shaft Linings |
| title_full | Контроль состояния крепи обводненных стволов |
| title_fullStr | Контроль состояния крепи обводненных стволов |
| title_full_unstemmed | Контроль состояния крепи обводненных стволов |
| title_short | Контроль состояния крепи обводненных стволов |
| title_sort | контроль состояния крепи обводненных стволов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57143 |
| work_keys_str_mv | AT filatovvf kontrolʹsostoâniâkrepiobvodnennyhstvolov AT filatovvf monitoringconditionsofwateredshaftlinings |