О деформировании массива, вмещающего выработки с комбинированной рамно-анкерной крепью

У статті наведено результати натурних досліджень деформування вміщувальних порід у підготовчих виробках, у яких посилення рамного кріплення анкерами виконувалось з різним відставанням у часі відносно до виймання порід у вибої The results of field studies related to host rocks deformation in developm...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Наукові праці УкрНДМІ НАН України
Дата:2013
Автори: Дрибан, В.А., Новиков, А.О., Шестопалов, И.Н.
Формат: Стаття
Мова:Російська
Опубліковано: Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України 2013
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57151
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:О деформировании массива, вмещающего выработки с комбинированной рамно-анкерной крепью / В.А. Дрибан, А.О. Новиков, И.Н. Шестопалов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 12. — С. 228-254. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1860025221414649856
author Дрибан, В.А.
Новиков, А.О.
Шестопалов, И.Н.
author_facet Дрибан, В.А.
Новиков, А.О.
Шестопалов, И.Н.
citation_txt О деформировании массива, вмещающего выработки с комбинированной рамно-анкерной крепью / В.А. Дрибан, А.О. Новиков, И.Н. Шестопалов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 12. — С. 228-254. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Наукові праці УкрНДМІ НАН України
description У статті наведено результати натурних досліджень деформування вміщувальних порід у підготовчих виробках, у яких посилення рамного кріплення анкерами виконувалось з різним відставанням у часі відносно до виймання порід у вибої The results of field studies related to host rocks deformation in development headings where reinforcement of frame supports was made with different time lags relative to removal in the face are described.
first_indexed 2025-12-07T16:49:34Z
format Article
fulltext Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 228 УДК 622.281 О ДЕФОРМИРОВАНИИ МАССИВА, ВМЕЩАЮЩЕГО ВЫРАБОТКИ С КОМБИНИРОВАННОЙ РАМНО-АНКЕРНОЙ КРЕПЬЮ Дрибан В. А. (УкрНИМИ НАНУ г. Донецк, Украина) Новиков А. О., Шестопалов И. Н. (ГВУЗ «ДонНТУ», г. Донецк, Украина) У статті наведено результати натурних досліджень де- формування вміщувальних порід у підготовчих виробках, у яких посилення рамного кріплення анкерами виконувалось з різним від- ставанням у часі відносно до виймання порід у вибої The results of field studies related to host rocks deformation in development headings where reinforcement of frame supports was made with different time lags relative to removal in the face are de- scribed. Перспективы развития угледобывающей отрасли неразрыв- но связаны с усложнением горно-геологических условий отра- ботки, в том числе и увеличением глубины работ, которая уже сейчас достигает 1400 м. Особо актуальной становится проблема обеспечения длительной устойчивости горных выработок, кото- рая предопределяет безопасность и эффективность работы уголь- ных шахт. Так, на шахтах Украины для поддержания выработок преимущественно используются арочные металлокрепи из спец- профиля СВП, объем применения которых достигает 95 %, при этом металлоемкость достигает 1 т/м. Несмотря на то, что уже сейчас средний размер поперечного сечения выработки в свету составляет более 13,8 м2, при этом около 35 % закреплены наибо- лее тяжелым профилем СВП-33 с плотностью 2 рамы на метр со- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 229 стояние поддерживаемых выработок ежегодно ухудшается. Так, средняя протяженность ремонтируемых выработок ежегодно до- стигает 57 %, а полностью перекрепляемых – 25 %. Все это при- водит к резкому росту эксплуатационных затрат и не позволяет увеличивать нагрузку на очистные забои. Одним из перспективных направлений повышения устойчи- вости выработок является усиление рамной крепи анкерами, ко- торые дают возможность использовать природную прочность по- род, вовлекая массив в совместную работу с крепью. Вместе с тем, опыт применения комбинированного крепления [1] показы- вает, что эффективность его использования зависит от степени реализации деформационных процессов во вмещающем выработ- ку породном массиве на момент выполнения работ по усилению крепи. В этой связи, проведение исследований, направленных на обоснование рациональных параметров комбинированного рам- но-анкерного крепления, обеспечивающего длительную устойчи- вость поддерживаемых выработок, является весьма актуальными. Анализ работ, посвященных изучению взаимодействия ком- бинированной крепи и массива, а также разработке методик рас- чета их параметров, позволил разделить их на 3 большие группы: – первая группа работ учитывает наличие анкерной крепи, коэффициентом упрочнения вмещающих пород, который зависит от плотности установки и параметров анкеров [2, 3]; – вторая группа работ рассматривает комбинированную крепь как единую грузонесущую конструкцию, конструктивные параметры которой принимаются в зависимости от ожидаемых смещений контура незакрепленной выработки, зависящих от гор- но-геологических и горнотехнических факторов, характеризую- щих условия ее заложения [4]; – третья группа работ рассматривает комбинированную крепь как единую связную конструкцию, параметры которой рас- считываются теоретически с использованием положений строи- тельной механики [5, 6, 7]. Следует сказать, что указанные направления имеют ряд си- стемных недостатков, что в определённых геомеханических условиях приводит к ошибкам проектирования. Во-первых, ука- занные подходы рассматривают породно-анкерную конструкцию, Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 230 как статическую систему с фиксированными физико- механическими свойствами, в то время, как по мере развития по- лей деформаций и напряжений в массиве, либо часть, либо вся система переходит запредельное состояние, сохраняя при этом определенную несущую способность. Во-вторых, в виду необра- тимости геомеханических процессов, поведение системы суще- ственным образом зависит от стадии ее ввода в работу по отно- шению к степени реализации необратимого деформирования вмещающего массива при проходке выработки до установки ан- керов. Следствием указанных обстоятельств явилось то, что на данный момент отсутствуют четкие разграничения между суще- ствующими конструкциями комбинированных крепей на основе анкерных систем, а расчетные методики не принимают к учету изменение грузонесущей способности породно-анкерных кон- струкций в процессе эксплуатации, что не позволяет достоверно определить параметры крепи, обеспечивающие длительную устойчивость выработок. Таким образом, можно констатировать, что в настоящее время отсутствуют научно обоснованные реко- мендации по определению времени и места установки анкеров относительно проходческого забоя. В результате проведенных авторами лабораторных исследо- ваний [8] установлено, что эффективность усиления рамной кре- пи анкерами определяется размером зоны разрушенных пород (ЗРП), образовавшейся вокруг выработки на момент установки анкеров. Так, при размере ЗРП до половины глубины анкерова- ния, остаточная прочность укрепленных пород составляет не ме- нее 50 % от первоначальной, и, соответственно, смещения конту- ра выработки уменьшаются на 40 % и более. Указанное обстоя- тельство дает основание полагать, что управление простран- ственно-временными параметрами установки анкерных систем позволяет существенно повысить устойчивость горных вырабо- ток. Целью настоящих исследований является изучение особен- ностей деформирования массива, вмещающего выработки с ком- бинированным рамно-анкерным креплением с помощью натур- ных наблюдений в зависимости от временных и пространствен- ных параметров установки усиливающей крепи. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 231 Шахтные исследования проводились в двух подготовитель- ных выработках шахты «Добропольская»: конвейерном штреке 5-й северной лавы и конвейерном штреке 5-й южной лавы пласта 0 4m . Комплексные станции устанавливались в забое выработок, при этом, усиление основной крепи (в забое устанавливались ра- мы) анкерами производилось с различным отставанием во време- ни после выемки породы. Контрольные замерные станции уста- навливали на участках выработок, закрепленных только рамной крепью. Кроме того, были проанализированы результаты шахт- ных наблюдений, выполненных на глубинных замерных станциях в подготовительных выработках ОАО «шахта им. А. Ф. Засядько» инженерами технической службы шахты А. А. Цикра, Ю. С. Опрышко [9]. Так как на шахте «Добропольская» наблюдения проводи- лись в одних и тех же горно-геологических условиях и получен- ные результаты близки, то в качестве примера рассмотрим дан- ные наблюдений на замерных станциях, заложенных в 5-ом юж- ном конвейерном штреке пласта 0 4m . Контрольный участок в вы- работке занимал первые пять пикетов. Выкопировка из плана горных выработок с указанием мест установки замерных станций приведена на рисунке 1, а схема замерной станции – на рисун- ке 2. Рис. 1. Выкопировка из плана горных выработок по пласт 0 4m Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 232 Рис. 2. Схема замерной станции Выработка проводилась по пласту в породах прочностью на одноосное сжатие от 15 до 45 МПа, с двухсторонней подрывкой. Максимальная высота нижней подрывки – 1,7 м. Средняя мощ- ность пласта – 1,2 м. Угол залегания – 10°. Глубина заложения выработки 700 м. Сечение – арочное, высота в проходке – 3,44 м, ширина – 5,12 м, проектная длина – 1275 м. Проходка велась комбайном 1П110. Средняя скорость проведения – 110 м/мес. Часть выработки (первые 5 пикетов) была закреплена металлической рамной податливой крепью с плотностью уста- новки 2,0 рамы на метр. Остальная часть выработки была за- креплена комбинированной рамно-анкерной крепью с плотно- стью 1,25 рамы на метр. Усиливающая анкерная крепь в месте заложения комплексных замерных станций устанавливалась с различным отставанием от забоя (0 м, 3 м, 5 м, и 10 м), что со- ответствует разрыву во времени между установкой анкерной крепи и выемкой породы в забое 0; 0,68; 1,14 и 2,27 суток. Анке- ра устанавливались в кровлю выработки между рамами, под ме- таллическую W-образную полосу длиной 3,2 м. В полосе, по шаблону, в соответствии с расстоянием между анкерами были сделаны отверстия, через которые забуривались анкерные Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 233 штанги. При помощи опорных плит, полоса прижималась к по- родам кровли. Расстояние между рядами анкеров по длине вы- работки составляло 0,8 м, в ряду – 1,0 м. В кровлю устанавли- валось четыре анкера. Расстояние от крайнего анкера в кровле до стенки выработки – 0,9 м. Длина анкерных штанг, устанавли- ваемых между рамами крепи составляла 2,4 м. В качестве затяж- ки применялись деревянные распилы, которыми всплошную за- тягивали кровлю и бока выработки. На рисунках 1, 2 представ- лены выкопировка с планов горных работ по пласту 0 4m и схема замерной станции. Данные наблюдений представлены в виде графиков смеще- ний глубинных реперов и изменения коэффициента разрыхления (kр) на участках скважины между реперами в зависимости от времени установки анкерной крепи после выемки породы в забое на 5, 20, 50, 80, и 220 сутки наблюдений (рис. 3-8). На рисунке 3 показан график изменения размера зоны раз- рушенных пород (ЗРП) во времени на контрольной замерной станции. Как видно из графика, к моменту возведения усилива- ющей анкерной крепи с отставанием 0, 3, 5 и 10 м от забоя вокруг выработки образовалась ЗРП с размером, соответственно, 0; 0,28; 0,44 и 1,3 м. Рис. 3. Изменение размера ЗРП во времени на контрольной замерной станции Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 234 Анализ графиков (рис. 4) показывает, что на 5 сутки наблю- дений на контрольной замерной станции смещения кровли выра- ботки составили 32 мм. По графику изменения kр видно, что по- врежден участок 0-0,45 м с максимальным значением kр = 1,040. При этом фронт разрушения двигался от контура вглубь массива. По мере удаления от этого участка смещения контура затухали. Размер ЗНД в кровле превышал 7,0 м. а) б) Рис. 4. Смещения глубинных реперов в кровле выработки (а) и изменения kр (б) на 5-е сутки наблюдений 0 5 10 15 20 25 30 35 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 С м ещ ен ия , м м Расстояние до контура, м Рамы 2,27 сут 1,14 сут 0,68 сут 0 сут 1,000 1,005 1,010 1,015 1,020 1,025 1,030 1,035 1,040 1,045 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 Кр Расстояние до контура, м Рамы 2,27 сут 1,14 сут 0,68 сут 0 сут Граница Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 235 На станции, где установка анкеров производилась сразу же после выемки породы в забое, смещения со стороны кровли со- ставили 20 мм. При этом скрепленная анкерами оболочка (уча- сток скважины 0-2,1 м) смещалась единым блоком без разруше- ния (максимальное значение kр не превышало 1,003). Отметим, что состояние участка 2,1-3,0 м близко к предельному и в даль- нейшем там пройдут необратимые деформации. Аналогичные выводы можно сделать при анализе остальных станций, в которых усиление рамной крепи анкерной производи- лось с отставанием 3, 5 и 10 м. Смещения кровли выработки на станциях составили, соответственно, 22, 26 и 28 мм. При этом на участках скважины между контуром и 2 репером (0-0,5 м) проис- ходит интенсивное разрыхление приконтурного массива. Причем, чем больший разрыв в отставании между выемкой породы и по- следующим анкерованием, тем выше степень разрыхления при- контурного участка, kр max = 1,008; 1,015 и 1,028, соответственно. Очевидно, что в дальнейшем произойдет их разрушение. На 20 сутки наблюдений (рис. 5) на контрольной замерной станции и станциях с комбинированной крепью, смещения кров- ли составили 116, 62, 71, 82 и 107 мм. При этом размер ЗРП, сформировавшейся вокруг выработки, достиг значений 1,35 м; 0,45 м; 0,7 м; 0,85 м и 0,75 м, соответственно. В то время как раз- мер ЗНД в кровле остался неизменным. Анализ натурных наблю- дений позволяет сделать следующие выводы об особенностях деформирования вмещающего выработку массива: а) на контрольном участке наблюдался дальнейший рост ЗРП от контура вглубь массива до 1,35 м, kр max = 1,065; б) на участке, где анкерная крепь устанавливалась сразу же после выемки породы, разрушение пород происходило сразу ан- керами (2,25-2,70 м), kр max = 1,046. Скрепленная же анкерами оболочка сохранила целостность kр max = 1,030; в) на замерной станции, установленной в месте, где анкер- ная крепь возводилась с разрывом во времени 0,64 суток (3 м), наблюдалось интенсивное деформирование в приконтурной ча- сти породного массива (0-0,4 м), kр max = 1,032. Однако основные разрушения происходили за пределами скрепленной анкерами оболочки (2,25-2,65 м) kр max = 1,051; Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 236 г) аналогичные результаты при возрастании степени нару- шенности вмещающего массива, были получены и на двух дру- гих замерных станциях, где разрыв составлял, соответственно, 1,14 и 2,27 суток (5 и 10 м отставания). а) б) Рис. 5. Смещения глубинных реперов в кровле выработки (а) и изменения kр (б) на 20-е сутки наблюдений 0 20 40 60 80 100 120 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 С м ещ ен ия , м м Расстояние до контура, м Рамы 2,27 сут 1,14 сут 0,68 сут 0 сут 1,000 1,010 1,020 1,030 1,040 1,050 1,060 1,070 -1,0 1,0 3,0 5,0 7,0 Кр Расстояние до контура, м Рамы 2,27 сут 1,14 сут 0,68 сут 0 сут Граница Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 237 Так, фронт интенсивного деформирования продвинулся от контура выработки до 0,45 м и 0,65 м при kр max = 1,034 и 1,036. За пределами укрепленной анкерами оболочки kр max = 1,055 и 1,060, соответственно. На 50 сутки наблюдений (рис. 6) смещения кровли составили 179, 122, 131, 145 и 166 мм. Размер ЗНД на всех станциях превы- шал 7,0 м. Размер ЗРП, сформировавшейся вокруг выработки со- ставил 2,65, 1,55, 1,3, 1,05, и 1,1 м, соответственно. а) б) Рис. 6. Смещения глубинных реперов в кровле выработки (а) и изменения kр (б) на 50-е сутки наблюдений 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 -1,0 1,0 3,0 5,0 7,0 С м ещ ен ия , м м Расстояние до контура, м Рамы 2,27 сут 1,14 сут 0,68 сут 0 сут 1,000 1,020 1,040 1,060 1,080 1,100 -1,0 1,0 3,0 5,0 7,0 С м ещ ен ия , м м Расстояние до контура, м Рамы 2,27 сут 1,14 сут 0,68 сут 0 сут Граница Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 238 При этом отмечены следующие особенности деформирова- ния вмещающего выработку массива: а) на контрольном участке наблюдался дальнейший рост ЗРП от контура вглубь массива (нарушен участок 0-2,65 м), kр max =1,098; б) на участке, где анкерная крепь устанавливалась сразу же после выемки породы, нарушен участок 2,15-3,70 м, kр max = 1,074. Скрепленная же анкерами оболочка сохранила целостность; в) на замерной станции, установленной в месте, где анкер- ная крепь возводилась с разрывом во времени 0,64 суток (3 м), наблюдалось частичное разрушение приконтурной части пород- ного массива (0-0,5 м) с kр max = 1,035). При этом, основные нару- шения локализовались за пределами скрепленной анкерами обо- лочки (2,05-3,35 м) с kр max = 1,078; г) аналогичные результаты были получены в двух других замерных станциях. С той разницей, что размер разрушившейся приконтурной части породного массива, а также степень нару- шенности породного массива увеличились (0-0,7 м и 0-1,25 м) при kр max = 1,045 и 1,048 соответственно). За пределами укреп- ленной анкерами оболочки kр max = 1,082 и 1,084 соответственно. На 80 сутки наблюдений (рис. 7) на контрольной замерной станции и станциях с комбинированной крепью смещения кровли выработки составили, соответственно, 237, 145, 161, 175 и 221 мм. Размер ЗНД на всех станциях превышал 7,0 м. Размер ЗРП, сформировавшейся вокруг выработки, в пределах замерных станций составил, соответственно, 2,9 м; 1,3 м; 1,7 м; 2,0 м и 3,9 м. Данные по процессу деформирования следующие: а) на контрольном участке наблюдался дальнейший рост ЗРП от контура вглубь массива (0-2,9 м), kр max = 1,121; б) на участке, где анкерная крепь устанавливалась сразу же после выемки породы нарушен участок 2,05-3,35 м, kр max = 1,087. Породно-анкерная оболочка – устойчива; в) на замерных станциях, установленных в местах, где ан- керная крепь возводилась с отставанием 3 и 5 м, наблюдалось ча- стичное разрушение приконтурной части породного массива (0 - 0,6 и 0 - 0,75 м) с kр max = 1,037 и 1,050 соответственно). Основ- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 239 ные нарушения происходили за пределами скрепленной анкерами оболочки (2,15-3,85 м и 1,85-3,85 м) с kр max = 1,092 и 1,100 соот- ветственно); г) при отставании 10 м приконтурный массив, укрепленный анкерами, был разрушен полностью, при незначительном (до 7 %) уменьшении смещения кровли. Кроме того, основные нару- шения приурочены к участку массива, расположенному за по- родно-анкерной оболочкой. Так, если в интервале 0-1,8 м kр max ≤ 1,057, то на участке 1,8-4,0 м kр max = 1,113. а) б) Рис. 7. Смещения глубинных реперов в кровле выработки (а) и изменения kр (б) на 80-е сутки наблюдений 0 50 100 150 200 250 -1,0 1,0 3,0 5,0 7,0 С м ещ ен ия , м м Расстояние до контура, м Рамы 2,27 сут 1,14 сут 0,68 сут 0 сут 1,000 1,020 1,040 1,060 1,080 1,100 1,120 1,140 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 Кр Расстояние до контура, мм Рамы 2,27 сут 1,14 сут 0,68 сут 0 сут Граница Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 240 На момент окончания наблюдений (рис. 8) смещения кровли выработки составили 307, 204, 229, 241 и 280 мм. Размер ЗНД на всех станциях превышал 7,0 м. Размер ЗРП, сформировавшейся вокруг выработки, в пределах замерных станций составил 3,45, 2,3, 2,0, 2,05 и 3,8 м, соответственно. При следующих итоговых результатах: а) б) Рис. 8. Смещения глубинных реперов в кровле выработки (а) и изменения kр (б) на момент окончания наблю- дений (на 220-е сутки) 0 50 100 150 200 250 300 350 -1,0 1,0 3,0 5,0 7,0 С м ещ ен ия , м м Расстояние до контура, м Рамы 2,27 сут 1,14 сут 0,68 сут 0 сут 1,000 1,020 1,040 1,060 1,080 1,100 1,120 1,140 -1,0 1,0 3,0 5,0 7,0 Кр Расстояние до контура, м Рамы 2,27 сут 1,14 сут 0,68 сут 0 сут Граница Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 241 а) на контрольном участке наблюдался дальнейший рост ЗРП от контура вглубь массива (0-3,45 м), kр max = 1,136; б) на участке, где анкерная крепь устанавливалась сразу же после выемки породы, нарушена только часть приконтурного массива, расположенная за анкерами 1,95-4,25 м, kр max = 1,112; в) на участках, где анкерная крепь возводилась с отставани- ем 3 и 5 м, имело место частичное разрушение приконтурной ча- сти породного массива (0-0,85 и 0-1,05 м) с kр max = 1,043 и 1,053, соответственно. Основные разрушения происходили за предела- ми породно-анкерной оболочки (1,9 - 3,9 м) с kр max = 1,119 и 1,122 соответственно; г) при отставании 10 м приконтурный массив был полно- стью нарушен. Однако основные разрушения произошли не на контуре выработки, а за пределами укрепленной анкерами обла- сти. В интервале 0-1,8 м kр max ≤ 1,070, за ее пределами (1,8-4,0 м) максимальное kр max = 1,131. Анализ экспериментальных данных позволяет сделать сле- дующие выводы: Максимальный технический эффект (уменьшение смещений кровли) достигается в случае, когда усиление рамной крепи анке- рами производилось сразу же после выемки породы в забое. При этом скрепленная анкерами оболочка не разрушается и воспри- нимает нагрузки со стороны вмещающего массива, выполняя роль крепи. Фронт разрушения переносится за ее пределы. Сме- щения кровли выработки в этом случае уменьшаются приблизи- тельно на треть по сравнению с выработкой, закрепленной только рамной крепью. Уменьшается также общая степень нарушенно- сти вмещающего массива, в частности, суммарный размер зоны разрушенных пород уменьшается на 50 %. При усилении рамной крепи анкерами в случае, когда раз- мер ЗРП, сформировавшейся к моменту анкерования, не превы- шает половины глубины анкерования, что соответствует отстава- нию 5 м, установлены следующие особенности деформирования вмещающего массива. Сразу же после установки рам в забое (по- сле выемки породы) начинается развитие ЗРП от контура вглубь массива. Благодаря своевременной установке анкеров появляется возможность этот процесс замедлить, а затем и остановить. По- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 242 родно-анкерная оболочка сохраняет целостность. Смещения кровли уменьшаются на 20 %. При большем разрыве во времени между выемкой породы и установкой анкеров полностью остановить развитие ЗРП от кон- тура вглубь массива не удается. Скрепленная анкерами оболочка разрушается полностью, а смещения контура выработки с комби- нированной рамно-анкерной крепью приближаются к смещениям контура выработки, закрепленной в аналогичных условиях толь- ко рамными конструкциями крепи. Конвейерный штрек 2-й западной лавы пласта l4 шахты им. А. Ф. Засядько пройден по пласту мощностью 1,0-1,1 м на глубине 750 м. Пласт l4 – простого строения, вмещающие его породы – средней устойчивости. Непосредственно в кровле пласта залегает алевролит, мощностью 6,1-12,4м, с прочностью на одноосное сжатие 36,8 - 58,0 МПа. Он разбит трещинами под углом 70-80°. В основной кровле пласта залегает слой аргилли- та, перекрытого песчаником. В непосредственной почве пласта залегает склонный к пучению алевролит с пределом прочности на одноосное сжатие 39,0-54,0 МПа и мощностью 0,6-1,0 м. Ниже залегает песчаник серый мелкозернистый. В нижней пачке слоя наблюдается переслаивание песчаника с алевролитом. Мощность песчаника 3,5-5,3 м прочностью на одноосное сжатие 60,8- 88,0 МПа. Ниже песчаника залегает алевролит мощностью до 8 м прочностью на одноосное сжатие 28,0-50,0 МПа. Выработка была пройдена комбайном и закреплена рамно- анкерным креплением, с сечением в свету 13,8 м2 (рис. 9). Шаг установки рам составлял 0,8 м. Между рамами устанавливались 11 анкеров с наклоном под углом 75-85° в сторону проходческого забоя. Пучение почвы напротив «окна» лавы достигало 0,9 м, а смещения пород кровли - 350 мм. Позади лавы производилась подрывка пород почвы с отставанием 180-200 м. В выработке были оборудованы несколько станций с глу- бинными реперами, каждая из которых представляла собой вер- тикальную скважину, пробуренную на высоту 6,5 м в кровлю штрека с семью реперами. На рисунке 10 представлена выкопи- ровка из плана горных выработок с указанием места заложения замерных станций. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 243 Рис. 9. Паспорт крепления 2-го западного конвейерного штрека Рис. 10. Выкопировка из плана горных выработок по пл. l4 Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 244 Полученные в результате исследований данные обрабатыва- лись аналогично предыдущему случаю. Строились графики пе- ремещений глубинных реперов в скважине, а также рассчитыва- лись значения kр между реперами (рис. 11). Для более детального рассмотрения процессов деформирования приконтурной части массива рассмотрим участок скважины 0-1,8 м. а) б) Рис. 11. Смещения глубинных реперов в кровле выработки (а) и изменения kр (б) на замерной станции ю043 0 50 100 150 200 250 -350 -250 -150 -50 50 150 С м ещ ен ия , м м Расстояние до лавы , м 0м 0,164м 0,799м 1,699м 2,549м 3,5м 5м 6,5м 1,000 1,100 1,200 1,300 1,400 1,500 1,600 1,700 1,800 0,000 0,500 1,000 1,500 Кр Расстояние до контура, м 120 45 40 -40 -105 Граница Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 245 При анализе результатов натурных наблюдений установле- но, что породы, расположенные на участке между контуром и вторым репером (до глубины 0,8 м), были разрушены еще до прохода лавы. При попадании выработки в зону опорного давле- ния впереди лавы (начиная с замера – 40 м) происходит уплотне- ние пород между контуром и первым репером (до замера +40 м), а затем их последующее разрушение, сопровождающееся расши- рением до максимального значения 1,780 (замер +260 м). На участке между первым и вторым репером в кровлю (на расстоянии в кровлю 0,164 – 0,799 м) уплотнение пород начина- ется несколько раньше (замер – 45 м) с последующим разруше- нием (разрыхлением) пород в зоне опорного давления и позади нее. Некоторому уплотнению в зоне опорного давления лавы подвержены породы, расположенные между вторым и третьим репером (расстояние от контура в кровлю 0,8 – 1,7 м). Их разру- шение происходит уже после прохода лавы (замер + 105 м). По- роды кровли, расположенные в пределах заанкерованной части массива (до глубины 2,4 м – участок скважины между третьим и четвертым репером), а также вне его (участок скважины за чет- вертым репером) не достигают предельных деформаций (пре- дельных значений коэффициента разрыхления) в течении всего периода наблюдений (замеры от -140 до + 260 м). Анализ представленных на рисунке 11 графиков показывает, что такой характер деформирования вмещающих пород характе- рен либо для выработок, в которых усиление рамной крепи анке- рами производилось со значительным разрывом во времени меж- ду выемкой породы и установкой анкеров, либо для выработок, закрепленных только рамной крепью. Об этом свидетельствует форма графиков смещений пород кровли в пределах приконтур- ного участка, усиленного анкерами и графиков изменения kр, а также данными, проведенными авторами 5-ом южном конвейер- ном штреке пласта m4 0 (см. рис. 4-8). 17-й западный конвейерный штрек пласта m3 шахты им. А. Ф. Засядько был пройден комбайном с двухсторонней под- рывкой пород. Пласт m3 – сложного строения, мощностью 1,76- 2,33 м. Непосредственная кровля представлена аргиллитом слои- стым, трещиноватым, от весьма неустойчивого до неустойчивого Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 246 (Б1-Б2) мощностью 2,5-3,0 м. Основная кровля – аргиллит мощно- стью от 10,0 до 18 м. Непосредственная почва представлена алев- ролитом, склонным к интенсивному пучению (до 0,6-0,8 м/мес.) мощностью до 0,8 м. Основная почва – алевролит мощностью 14,0-20,0 м. В почве пласта на удалении 1,5-3,0 м встречается песчаник в виде линз мощностью 1,5-2,0 м. Все западное крыло находится в пределах пологой антиклинальной складки, крылья которой осложнены как разрывными, так и пликативными нару- шениями более высокого порядка. Вследствие этого угольный пласт и вмещающие породы ослаблены, склонны к обрушению. Угольный пласт и вмещающие породы характеризуются повы- шенной трещиноватостью. Сечение выработки в проходке – 20,7 м2. Крепление выра- ботки – рамно-анкерное. Арочная податливая крепь КМП – А4К с сечением в свету 18,0 м2 (рис. 12) устанавливалась с шагом 0,65 м. Между рамами в кровлю выработки устанавливались 8 анкеров длиной 2,4 м. Рис. 12. Паспорт крепления 17-го западного конвейерного штрека Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 247 Для наблюдения за смещениями пород кровли в выработке были оборудованы глубинные замерные станции на глубину от 5,5 до 8,1 м (замерные станции Ю022, Ю040, Ю049 и Ю061). Место установки замерных станций показано на рисунке 13. Наблюдения проводились на протяжении 252-461 суток. Рис. 13. Схема расположения глубинных реперов в 17-ом западном конвейерном штреке пласта 3m Характеристика замерных станций представлена в табли- це 1. Обработка данных производилась путем построения гра- фиков смещений глубинных реперов на замерных станциях в зависимости расстояния до контура на момент окончания наблюдений (рис. 14), на основании которых были построены графики изменения kр на участках между реперами. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 248 Таблица 1 Характеристика замерных станций в 17-м зап. конв. штреке Номер замерной станции Место установки замерной станции Глубина установки реперов, м Продолжитель- ность наблюдений, сут Конечные смещения кровли, мм Ю022 ПК13+19,2 5,9 461 175 Ю040 ПК23+2,7 5,5 377 256 Ю049 ПК26+16,4 6,9 341 165 Ю061 ПК42 8,1 252 265 На всех замерных станциях (ю022, ю040, ю049, ю061), за 252 – 461 сутки наблюдений (рис. 14) произошло разрушение по- род на глубину, соответственно, 2,5 м, 0,8 м, 1,9 м и 2,3 м от кон- тура. Конечный размер ЗНД в кровле составил, более 5,9 м, 5,5 м, 6,9 м, 8,1 м, соответственно, а среднее значение kр – 1,03; 1,047; 1,024 и 1,033. При глубине анкерования 2,2 м, на станциях ю022 и ю061 скрепленная анкерами оболочка была разрушена полнос- тью, а на станциях ю040 и ю049 – на 36,4 и 86,4 %. В тоже время, при визуальном осмотре состояния крепи не было обнаружено ни высыпаний пород между анкерами, ни обрывов анкеров, ни раз- рушения контурных замков. Несмотря на имевшие место радиа- льные трещины на контуре и отслоения пород, разрушений меж- рамных ограждений не зафиксировано. Состояние выработки – удовлетворительное. Анализ результатов наблюдений за деформированием пород на глубинных замерных станциях в выработке позволил сделать следующие выводы. 1. Интенсивное разрушение пород кровли выработки на всех станциях начинается от контура выработки, затем происходит его плавное затухание. Такой характер деформирования вмещающего массива характерен для выработок, закрепленных только рамны- ми конструкциями крепи либо для выработок с комбинированной рамно-анкерной крепью, в которых установка анкеров произво- дилась со значительным отставанием между выемкой породы и последующим анкерованием (см. рис. 4-8). Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 249 а) б) Рис. 14. Смещения реперов в кровле выработки (а) и изме- нения kр (б) на момент окончания наблюдений: ряд 1 – станция Ю022; ряд 2 – станция Ю040; ряд 3 – станция Ю049; Ряд 4 – станция Ю061; Ряд 5 (гра- ница) – предельное значение kр 0 40 80 120 160 200 240 280 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 С м ещ ен ия , м м Расстояние от контура, м Ряд1 Ряд2 Ряд3 Ряд4 1,000 1,050 1,100 1,150 1,200 1,250 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 Кр Расстояние от контура, м Ряд1 Ряд2 Ряд3 Ряд4 Ряд5 Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 250 2. При установке анкерной крепи со значительным отстава- нием от забоя, в трех станциях из четырех скрепленная анкерами оболочка разрушилась полностью. 3. Применение анкеров в составе комбинированной рамно- анкерной крепи позволило снизить смещения на контуре выработ- ки (смещения на контуре не превысили 265 мм, что меньше кон- структивной податливости замков рамной крепи), а также умень- шить общую степень нарушенности приконтурного массива по сравнению с выработками, закрепленными только рамной крепью. Коренной западный штрек пласта k7 5 горизонта 1078 м был закреплен рамно-анкерной крепью, пройден комбайновым спосо- бом. Усиление рамной крепи анкерами производилось вслед за проходом лавы. Сечение выработки в проходке – 20,7 м2. Шаг установки арочной крепи КМП – А4К - 0,65 м. Позади «окна» ла- вы между рамами устанавливались восемь анкеров длиной 2,4 м. Вмещающие породы: основная и непосредственная кровля – пес- чаник, почва выработки – склонный к пучению глинистый сла- нец. В выработке была оборудована комплексная замерная стан- ция, представляющая собой скважину длиной 5,35 м, пробурен- ную в кровлю выработки, в которую устанавливались глубинные репера. Кроме того, в бока и почву выработки были установлены контурные реперы. На первых трех глубинных реперах, данные по их перемещению после 82,6 суток отсутствуют ввиду обрывов нитей. Анализ механизма деформирования вмещающего выработку массива производился путем построения графиков перемещений глубинных реперов в кровле, а также путем построения графиков изменения kр между реперами (рис. 15). По графикам видно, что при отходе лавы на 49,5 м поврежден участок скважины 1,7-3,3 м (размер ЗРП = 1,6 м). При этом максимальное значение kр = 1,08. Размер ЗНД = 35 м. При дальнейшем отходе лавы от замерной станции проис- ходит интенсивное увеличение ЗРП на уже разрушившемся участке. При этом зона разрушенных пород росла как вглубь мас- сива, так и в сторону контура выработки: а) при отходе лавы на 64 м разрушился участок 1,6-4,0 м; Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 251 б) при отходе лавы на 82,6 м наблюдалось дальнее развитие повреждений (1,4–4,4 м). а) б) Рис. 15. Смещения реперов в кровле выработки (а) и изме- нения kр между реперами (б) на момент окончания наблюдений -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 С м ещ ен ия , м м Расстояние от контура, м 1 м 4,2 м 49,5 м 61,5 м 64 м 77 м 82,6 м 93,3 м 112,5 м 177,3 м 188,8 м 245,5 м 257,1 м 266,7 м 339,2 м 349,4 м 371,4 м 380,2 м 1,000 1,010 1,020 1,030 1,040 1,050 1,060 1,070 1,080 1,090 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 Кр Расстояние от контура, м 1 м 4,2 м 49,5 м 61,5 м 64 м 77 м 82,6 м 93,3 м 112,5 м 177,3 м 188,8 м 245,5 м 257,1 м 266,7 м 339,2 м 349,4 м 371,4 м 380,2 м Граница Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 252 Установлено также, что приконтурный участок массива 0 - 1,4 м в течение всего времени (на расстоянии от 0 м до 82,6 м после прохода лавы) остался неповрежденным. Таким образом, применение усиливающей анкерной крепи позволило частично сохранить целостность приконтурного массива, который воспри- нимая нагрузки со стороны вмещающего массива, фактически явился дополнительной крепью. Следует отметить, что частичное разрушение скрепленной анкерами оболочки (участок скважины 1,4-2,2 м) обусловлено, по всей видимости, либо сокращением фактической активной длины анкера до 1,4-1,5 м, либо некачественным «проклеиванием» стержня анкера в шпуре. Выводы. Проведенные шахтные исследования особенно- стей деформирования массива, вмещающего выработки с комби- нированным рамно-анкерным креплением в зависимости от вре- мени установки усиливающей крепи относительно выемки поро- ды в забое позволили сделать следующие выводы. 1) Использование рамной крепи совместно с анкерованием кровли с плотностью 1 анк/м2, позволяет параллельно с уменьше- нием плотности установки рам, уменьшить смещения кровли до 66 % по сравнению с участками выработок, закрепленных только рамной крепью. 2) Применение анкерования позволяет уменьшить общую степень нарушенности вмещающего массива, в частности, мак- симальное значение коэффициента разрыхления пород уменьша- ется на величину до 0,024, а среднее – на 0,015 по сравнению с выработками, закрепленными только рамной крепь. 3) При применении анкерно-рамных конструкций крепи "сшитый" анкерами участок (0-2,2 м) не разрушался (в его пре- делах максимальное значение kр составило 1,013, что не пре- вышает предельных значений). Разрушение массива происхо- дит за его пределами – в интервале 1,95-4,25 м; 4) Усиление рамной крепи анкерами с отставанием на 5 м от забоя позволило замедлить, а затем остановить начавшееся после выемки породы развитие деформационных процессов от контура вглубь массива. При этом размер разрушившейся приконтурной части породного массива не превышал половины глубины анке- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 253 рования (0-1,05 м). Основные повреждения, благодаря установке анкеров, происходили за пределами скрепленной анкерами обо- лочки. Размер ЗРП уменьшился на 41 %, среднее значение kр уменьшилось на величину до 0,011, а максимальное – на 0,017 по сравнению с выработками, закрепленными в аналогичных усло- виях только рамной крепью; 4) Усиление рамной крепи анкерами с отставанием 5-10 м от забоя не позволяет полностью остановить начавшееся развитие ЗРП от контура. Скрепленная анкерами оболочка разрушается полностью. Однако, благодаря установке анкеров степень нару- шенности приконтурного массива на участке 0-2,1 м существенно меньше, чем в выработках, закрепленных только рамной крепью. Так, если на контрольном участке kр составил 1,094, то на участке с комбинированной крепью, в котором анкера устанавливались с отставанием 10 м – 1,058. 5) Установка анкеров с отставанием более 10 м нецелесооб- разна. В этом случае смещения пород кровли приближаются к смещениям в выработках, закрепленных только рамной крепью, поддерживаемых в аналогичных условиях. СПИСОК ССЫЛОК 1. Новиков А. О. Обоснование предельных сроков применения дополнительных мероприятий, направленных на повышение устойчивости горных выработок / А. О. Новиков, Ю. А. Пет- ренко, И. Н. Шестопалов, А. В. Резник // Наукові праці Доне- цького національного технічного університету. Серія «Гірни- чо-геологічна» / Редкол.: Башков Є.О. (голова) та інші. –– Випуск 16(206). –– Донецьк. ДВНЗ «ДонНТУ», 2012. –– С. 179––184. 2. Указания по рациональному расположению, охране и подде- ржанию горных выработок на угольных шахтах СССР. –– ВНИМИ, 1986. –– 222 с. 3. Расположение, охрана и поддержание горных выработок при отработке угольных пластов на шахтах. Методические указа- ния [Текст] : КД 12.01.01.201-98 : Утв. Минуглепромом Ук- раины 25.06.98. –– Донецк: УкрНИМИ, 1998. –– 154 с. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 254 4. СОУ 10.1.05411357.010:2008. Система обеспечения надежно- го и безопасного функционирования горных выработок с ан- керным креплением. Общие технические требования. –– 89 с. 5. Бурчаков Ю. И., Гнедин В. Е., Денисов В. М. Строительная механика : Учебн. пособие для студентов вузов. –– М. : Выс- шая школа, 1983. –– 255 с. 6. Корнилков М. В. Влияние параметров управляющих силовых воздействий на несущую способность рамных крепей горных выработок. // Проблемы геотехнологии и недроведения (Ме- льниковские чтения) : Доклады международной конференции. Т. 3. –– Екатеринбург : УрО РАН, 1998. –– С. 189––192. 7. Черев Д. А. Выбор параметров рамно-анкерной крепи на ос- нове исследования закономерностей изменения внутренних усилий : автореф. дис. … канд. техн. наук : 25.00.22 / Черев Дмитрий Алексеевич. –– Екатеринбург, 2004. –– 18 с. 8. Новиков А. О. Исследования влияния усиления рамной крепи анкерами на процесс формирования вокруг выработки зоны разрушенных пород / А. О. Новиков, И. Н. Шестопалов // На- укові праці Донецького національного технічного університе- ту. Серія «Гірничо-геологічна» / Редкол. : Башков Є. О. (голо- ва) та інші. –– Випуск 16(206). –– Донецьк. ДВНЗ «ДонНТУ», 2012. –– С. 173––179. 9. Бокий Б. В. Промышленная проверка эффективности рамно- анкерного крепления горных выработок / Б. В. Бокий, А. А. Цикра, Ю. С.Опрышко // Геотехническая механика. –– Днепропетровск : ИГТМ НАНУ, 2005. –– Вып. 57. –– С. 60––66.
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-57151
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1996-885X
language Russian
last_indexed 2025-12-07T16:49:34Z
publishDate 2013
publisher Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
record_format dspace
spelling Дрибан, В.А.
Новиков, А.О.
Шестопалов, И.Н.
2014-03-04T11:09:25Z
2014-03-04T11:09:25Z
2013
О деформировании массива, вмещающего выработки с комбинированной рамно-анкерной крепью / В.А. Дрибан, А.О. Новиков, И.Н. Шестопалов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 12. — С. 228-254. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
1996-885X
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57151
622.281
У статті наведено результати натурних досліджень деформування вміщувальних порід у підготовчих виробках, у яких посилення рамного кріплення анкерами виконувалось з різним відставанням у часі відносно до виймання порід у вибої
The results of field studies related to host rocks deformation in development headings where reinforcement of frame supports was made with different time lags relative to removal in the face are described.
ru
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
Наукові праці УкрНДМІ НАН України
О деформировании массива, вмещающего выработки с комбинированной рамно-анкерной крепью
On the Deformation of Rock Mass Enclosing Roadways with Composite Frame-Anchor Supports
Article
published earlier
spellingShingle О деформировании массива, вмещающего выработки с комбинированной рамно-анкерной крепью
Дрибан, В.А.
Новиков, А.О.
Шестопалов, И.Н.
title О деформировании массива, вмещающего выработки с комбинированной рамно-анкерной крепью
title_alt On the Deformation of Rock Mass Enclosing Roadways with Composite Frame-Anchor Supports
title_full О деформировании массива, вмещающего выработки с комбинированной рамно-анкерной крепью
title_fullStr О деформировании массива, вмещающего выработки с комбинированной рамно-анкерной крепью
title_full_unstemmed О деформировании массива, вмещающего выработки с комбинированной рамно-анкерной крепью
title_short О деформировании массива, вмещающего выработки с комбинированной рамно-анкерной крепью
title_sort о деформировании массива, вмещающего выработки с комбинированной рамно-анкерной крепью
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57151
work_keys_str_mv AT dribanva odeformirovaniimassivavmeŝaûŝegovyrabotkiskombinirovannoiramnoankernoikrepʹû
AT novikovao odeformirovaniimassivavmeŝaûŝegovyrabotkiskombinirovannoiramnoankernoikrepʹû
AT šestopalovin odeformirovaniimassivavmeŝaûŝegovyrabotkiskombinirovannoiramnoankernoikrepʹû
AT dribanva onthedeformationofrockmassenclosingroadwayswithcompositeframeanchorsupports
AT novikovao onthedeformationofrockmassenclosingroadwayswithcompositeframeanchorsupports
AT šestopalovin onthedeformationofrockmassenclosingroadwayswithcompositeframeanchorsupports