Геомеханічне обґрунтування параметрів анкерних систем для забезпечення стійкості гірничих виробок - Автореферат

Застосування технології анкерного кріплення дозволяє досягти високих темпів проведення виробок, однак область застосування цієї технології обмежується другою категорією стійкості виробок (зсуви до 200 мм). Область застосування анкерного кріплення можна розширити, якщо розглядати анкер не як силовий, а як армуючий елемент, що сприяє формуванню навколо виробки несучої армопородної конструкції. Дисертація є частиною цих досліджень і виконана в рамках держбюджетної науково-дослідницької роботи “Геомеханічне обгрунтування способів забезпечення стійкості гірничих виробок на різних етапах їх експлуатації” (номер держреєстрації 0105U002290) та науково-дослідницької роботи “Удосконалення і розробка способів підтримання гірничих виробок глибоких шахт на основі ресурсозбережних технологій” (номер держреєстрації 0103U004909), у яких автор брав участь як виконавець. Мета роботи - геомеханічне обґрунтування раціональних схем розташування анкерів при армуванні гірничих порід, що оточують виробки, для забезпечення їх стійкості. Методи дослідження: аналіз і узагальнення літературних джерел, присвячених кріпленню виробок анкерами; шахтні інструментальні спостереження за деформуванням гірничих порід, закріплених анкерним кріпленням за допомогою глибинних і контурних реперів; лабораторні дослідження на фізичних моделях і математичне моделювання за допомогою засобів програмного пакета Ansys впливу параметрів анкерних систем на навантажувально-деформаційні характеристики породно-анкерної конструкції, що створюється в покрівлі виробки; обробка результатів досліджень методами математичної статистики.Кріплення виробок анкерами робиться з позицій недопущення переходу порід у стадію запружних деформацій, що призводить до необхідності високої щільності анкерування і значно обмежує область застосування анкерних систем. Особливістю формування зони зруйнованих порід навколо виробки, що закріплена анкерами, є те, що вона утворюється не біля контуру виробки, а за зовнішньою межею заанкерованої товщі і розвивається всередину масиву. У третьому розділі „Лабораторні дослідження впливу різних схем розташування анкерів в шаруватому масиві на несучу здатність створюваної породно-анкерної конструкції” наведено результати лабораторних досліджень впливу схем розташування анкерів у масиві на його навантажувально-деформаційні характеристики. Анкери встановлювалися за наступними схемами: Схема 1. Радіальне розташування анкерів. Кожна серія складалася з чотирьох різних груп зразків: шаруватий масив без анкерів; шаруватий масив з радіально розташованими анкерами; шаруватий масив з перехресним розташуванням анкерів у площині; шаруватий масив з похилим розташуванням анкерів у площині; шаруватий масив з анкерами розташованими по зміщених діагоналях куба.Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, у якій отримані нові рішення актуальної науково-практичної задачі збереження стійкості гірничих виробок закріплених анкерним кріпленням, що дозволяє при використанні мінімально-необхідної кількості анкерів забезпечити стійкий стан гірничих виробок при відносних деформаціях їхнього контуру до 10% від товщини зони анкерування. В лабораторних умовах встановлено, що до росту несучої здатності порідно-анкерної конструкції призводить збільшення міцності складаючих її шарів, збільшення їх потужності, збільшення загальної товщини конструкції. Так, збільшення міцності шарів в 2 рази призводить до росту несучої здатності конструкції при радіальному розташуванні анкерів - в 1,58-1,83 раз, при установці анкерів по зміщених діагоналях куба - в 1,34-2,2 рази, залежно від щільності анкерування. Крім цього, чим вище міцність матеріалу, тим більші відносні деформації допускає конструкція при схемі установки анкерів по зміщених діагоналях куба. Зменшення потужності шарів у 1,3 рази, при міцності порід 60 МПА призводить до зниження несучої здатності конструкції з радіальним розташуванням анкерів - в 1,5-2 рази, з розташуванням анкерів по зміщених діагоналях куба - в 1-2 рази.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, у якій отримані нові рішення актуальної науково-практичної задачі збереження стійкості гірничих виробок закріплених анкерним кріпленням, що дозволяє при використанні мінімально-необхідної кількості анкерів забезпечити стійкий стан гірничих виробок при відносних деформаціях їхнього контуру до 10% від товщини зони анкерування.

Основні наукові результати і висновки, які отримані при виконанні роботи, є такими: 1. Встановлено, що у виробках, закріплених анкерним кріпленням, руйнування починається не на контурі виробки, а за границею зовнішньої межі заанкерованої товщи, і розвивається вглиб масиву. У межах заанкерованої зони при визначених параметрах анкерування формується несуча порідно-анкерна конструкція.

2. Вперше встановлено вплив схеми розташування анкерів у шаруватому породному масиві на його навантажувально-деформаційну характеристику. Найкращою є схема розташування анкерів по зміщених великих діагоналях куба. При установці анкерів за цією схемою відносні деформації створюваної породно-анкерної конструкції досягають 10 % від її товщини при збереженні несучої здатності останньої.

3. Встановлено закономірності зміни несучої здатності і відносних деформацій породно-анкерної конструкції залежно від міцності і потужності шарів, що її складають, їхнього взаємного розташування, загальної потужності конструкції, щільності анкерування і ширини виробки.

В лабораторних умовах встановлено, що до росту несучої здатності порідно-анкерної конструкції призводить збільшення міцності складаючих її шарів, збільшення їх потужності, збільшення загальної товщини конструкції.

Так, збільшення міцності шарів в 2 рази призводить до росту несучої здатності конструкції при радіальному розташуванні анкерів - в 1,58-1,83 раз, при установці анкерів по зміщених діагоналях куба - в 1,34-2,2 рази, залежно від щільності анкерування. Крім цього, чим вище міцність матеріалу, тим більші відносні деформації допускає конструкція при схемі установки анкерів по зміщених діагоналях куба. Так, збільшення міцності матеріалу в 2 рази при щільності анкерування 0,7 анк./м2 призводить до збільшення відносних деформацій зі збереженням несучої здатності конструкції більш ніж у 5 разів - від 1,8 % до 10 %.

Зменшення потужності шарів у 1,3 рази, при міцності порід 60 МПА призводить до зниження несучої здатності конструкції з радіальним розташуванням анкерів - в 1,5-2 рази, з розташуванням анкерів по зміщених діагоналях куба - в 1-2 рази. Для порідно-анкерної конструкції з розташуванням анкерів по зміщених діагоналях куба зазначене зменшення потужності шарів призводить до зниження відносних деформацій: так, при щільності анкерування 1,6 анк./м2 останні знизилися на 60 %.

4. Вперше встановлено, що при збільшенні щільності анкерування шаруватого породного масиву вище критичного значення, який дорівнює 1,6 анк./м2, відбувається зниження несучої здатності армопорідної конструкції, що створюється.

5. Розроблено методику розрахунку параметрів анкерних систем, яка відрізняється тим, що створювана порідно-анкерна конструкція розглядається як кріплення виробки, при цьому враховується схема установки анкерів.

6. Впровадження результатів досліджень у конвеєрному штреку північної корінної лави пл. гор. 450 м на ділянці довжиною 270 м і в 5 південному конвеєрному штреку похилу пл. m51в гор. 450 м ОП „Шахта” Добропільська” на ділянці довжиною 740 м дозволило одержати економічний ефект у розмірі 475 і 400 грн/п.м. відповідно.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ І РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ У ТАКИХ РОБОТАХ

1. Результаты внедрения анкерных систем для поддержания горных выработок на шахте „Добропольская” / В.А. Плетнев, Н.Н. Касьян, Ю.А. Петренко, А.О. Новиков, И.Г. Сахно // Геотехнологии и управление производством XXI века. Том 1. Монография. - Донецк: ДОННТУ, 2006. - С. 39-44.

2. Новый подход к расчету параметров анкерной крепи / Ю.А. Петренко, Н.Н. Касьян, А.О. Новиков, И.Г. Сахно // Физикотехнические проблемы горного производства. - Донецк 2004. - №7, С. 167-172

3. Касьян Н.Н., Сахно И.Г. Влияние схем расположения анкеров в слоистом массиве на его деформационные характеристики // Вісті Донецького гірничого інституту. - 2005. - №2. - С. 84-86.

4. Касьян Н.Н., Сахно И.Г. Лабораторные испытания влияния схем установки анкеров в массиве слоистой структуры на его нагрузочно-деформационные характеристики // Вісник Криворізького технічного університету. - 2006, № 4(14), С. 34-37.

5. Сахно И.Г. Оценка эффективности армировки слоистого породного массива анкерной крепью // Материалы научно-практической конференции “Проблемы подземного строительства и направления развития тампонажа и закрепления горных пород”. - Луганск: Изд-во ВНУ им. Даля. - 2006. - С. 212-218.

6. Касьян Н.Н., Сахно И.Г., Борщевский С.В. Аналитические исследования влияния параметров анкерных систем на нагрузочно-деформационную характеристику создаваемой в кровле выработки породно-анкерной конструкции // Материалы международного научно-практического симпозиума “Современные проблемы шахтного и подземного строительства”. Алушта, 2006. - Вып. 7 - С. 256-260.

7. Исследование влияния схем анкерования массива на устойчивость выработок / Н.Н. Касьян, Ю.А. Петренко, А.О. Новиков, С.Ю. Гладкий, И.Г. Сахно // XII Miedzynarodowe Sympozjum Geotechnika-Geotechnics 2006. Gliwice-Ustron, Poland, 17-20 pazdziernika, 2006.-C.455-467.

Особистий внесок автора в роботи, що опубліковані в співавторстві: [1, 7] розробка методики розрахунку параметрів анкерного кріплення і складання паспорта кріплення виробок, [2] аналіз традиційних методик розрахунку параметрів анкерних систем і паспортів кріплення, [3, 4] проведення лабораторних досліджень і аналіз результатів, [6] складання і рішення математичної моделі з використанням методу кінцевих елементів, аналіз результатів.

Размещено на .ru