РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ АНКЕРНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК НА ШАХТЕ «ДОБРОПОЛЬСКАЯ»
Для широкого внедрения мирового опыта, на шахтах Украины с 1997 года реализуется программа «Анкер», в которой, одним из приоритетных направлений снижения затрат на добычу угля является разработка, изготовление и внедрение новых технологий использования анкерной крепи.
В рамках этой программы, разработаны и изданы нормативные документы по расчету параметров и по технологии возведения анкерной крепи, выделены средства и определены шахты, на которых будет производиться ее внедрение (около 40 подготовительных забоев). Однако на сегодняшний день, объемы крепления выработок анкерной крепью не превышают 20км.
Одной из основных причин, препятствующих широкому внедрению анкерной крепи на шахтах Украины, является отсутствие четких рекомендаций по области ее применения как в самостоятельном виде, так и в сочетании с рамными конструкциями крепи. На наш взгляд это связано с традиционными представлениями об анкерной крепи, как о несущей конструкции, работающей по схемам «подшивка» или «сшивка».
Исходя из такого понимания механизма работы анкерной крепи, расчет ее параметров производится по нормативной методике, предполагающей, что нагружение крепи происходит от разрушения вмещающего выработку массива и смещений пород в полость выработки. Это приводит к ограничению области применения анкерной крепи второй категорией устойчивости выработок (смещения контура не превышают 200мм) и завышению значений плотности установки анкеров, что делает применение анкерной крепи экономически не целесообразным.
В ДонНТУ разработана новая концепция механизма работы анкерной крепи, основанная на представлении об анкерах не как о несущей конструкции, а как о средстве, препятствующем разрушению вмещающего выработку массива. На базе этой концепции предложены и испытаны пространственные схемы анкерования массива, позволяющие при минимальном количестве анкеров максимально использовать его несущую способность и существенно расширить область применения данного вида крепи.
По просьбе руководства шахты «Добропольская», с учетом установленных особенностей механизма работы анкерной крепи, были разработаны рекомендации по поддержанию конвейерного штрека северной коренной лавы пласта kн8 .
Выработка предназначалась для бурошнековой выемки угля. Так как по проекту ширина межскважинного целика должна составлять не менее 0,6м, можно считать, что выработка находится вне зоны влияния очистных работ. Глубина заложения выработки 450м.
Угол падения пород в пределах рассматриваемого участка составлял 80. Мощность пласта изменялась от 0,63 до 0,7м. Непосредственная кровля пласта была представлена аргиллитом темно-серым, мощностью 1,9м, с пределом прочности на одноосное сжатие 27-29 МПа. Основная кровля пласта - алевролит темно-серый мощностью 7,2м и пределом прочности на одноосное сжатие 30МПа.
Непосредственно в почве залегал алевролит, серый, в верхней части слоя «кучерявчик» слабослюдистый. Мощность слоя 2,4м, предел прочности на одноосное сжатие 28-32МПа. Ниже залегал песчаник светло-серый мощностью 3,5м и пределом прочности на одноосное сжатие 32-37МПа.
Крепление анкерной крепью на экспериментальном участке было начато в мае 2004 г. Штрек имел прямоугольную форму поперечного сечения. Высота выработки в проходке составляла 3,3м, ширина 4,8м. Выработка, длиной 270м, проводилась при помощи комбайна КПД. Средняя скорость подвигания подготовительного забоя 190 м/мес. При расчете параметров анкерной крепи по традиционной методике, плотность установки анкеров для крепления кровли выработки составила 3анк/м2, то есть при ширине выработки 4,8м на 1метр выработки необходимо устанавливать 15анкеров. При расчете по методике разработанной в ДонНТУ плотность установки анкеров – 0,77анк/м2, на 1метр выработки необходимо устанавливать 4 анкера. Анкера устанавливались под подхват, изготовленный из профиля СВП-22 длиной 3,6м.
Расстояние между рядами анкеров составляло 1м, расстояние между анкерами в ряду - 1,27м. Расстояние от бока выработки до крайних анкеров – 0,5м.
Для крепления боков выработки, с каждой стороны устанавливалось по одному анкеру. В качестве усиливающего элемента крепи под подхваты, с шагом 2м, устанавливались деревянные стойки. Для предотвращения высыпания пласта, в него устанавливалось по одному деревянному анкеру с каждой стороны. Затяжка кровли и боков осуществлялась металлической сеткой всплошную.
Бурение шпуров для установки анкеров в кровлю производилось при помощи буровой колонки расположенной на комбайне, а бурение шпуров по углю, для установки деревянных анкеров - при помощи сверла СЭР-19. Закрепление стального анкера в шпуре производилось химическим способом.
Длина анкеров в кровле составляла 2,4м, в боках - 2,0м.
Для наблюдения за смещением пород в выработке были установлены замерные станции, оборудованные контурными и глубинными реперами.
За период наблюдений с мая 2004г. по апрель 2006г смещения кровли выработки на экспериментальном участке, составили в среднем 35мм, что на 52% меньше чем на участке, закрепленном арочной крепью. За этот период отработка пласта не велась. Состояние штрека представлено на рисунке 2. В настоящее время происходит выемка пласта бурошнековой установкой. В зоне влияния бурошнековой выемки наблюдается незначительное отслоение пород кровли и боков выработки.
Выработка находится в хорошем состоянии. Экономический эффект от внедрения рекомендаций на 1 м выработки составил 475 грн/м.
Рекомендации по анкерному креплению были разработаны и внедрены также при сооружении 5 южного конвейерного штрека уклона пл. m51в гор. 450 м предназначенного для транспортирования угля добываемого в 5 южной лаве пл. m51в гор. 450 и находящегося в зоне влияния очистных работ. После прохода лавы выработка погашается. Глубина заложения выработки 730м. Анкерной крепью был закреплен участок длиной 740м.
Средневзвешенная расчетная прочность пород кровли в пределах этого участка – 19,2МПа, боков – 12,6МПа, по контуру – 24,1МПа.
Работы на экспериментальном участке были начаты в августе 2004г. Выработка имеет трапециевидную форму поперечного сечения. Высота выработки в проходке составляла - 3,5м, ширина - 4,5м. Выработка проводилась при помощи комбайна КПД. Средняя скорость проведения выработки составила 190 м/мес. Общая длина штрека - 1260м. С пикета 13 по 50 выработка была закреплена анкерной крепью. Остальная часть выработки закреплена металлической арочной трехзвенной податливой крепью с шагом 0,8м. Анкера устанавливались под подхват, изготовленный из профиля СВП-22 длиной 3,4м. Технология ведения работ аналогична описанной для пласта kн8.
При расчете параметров анкерной крепи по традиционной методике необходимая плотность установки анкеров для крепления кровли выработки составила 2,03анк/м2, а по методике разработанной в ДонНТУ плотность анкерования – 1,15анк/м2. Экономическая эффективность при реализации рекомендаций составила 400,19грн/м.
Для наблюдения за смещением пород на конторольном и экспериментальном участках выработки были установлены замерные станции, оборудованные контурными и глубинными реперами.
Состояние выработки вне зоны влияния очистных работ на ПК15.
Влияние очистного забоя начинает проявляться в 20м впереди лавы. На этом участке наблюдаются значительные деформации кровли и боков выработки. Для усиления крепи здесь устанавливались деревянные стойки по каждый профиль.
Интенсивные деформации боков выработки проявляются в 12м впереди лавы в виде выдавливания боковых пород в полость выработки, сопровождающегося разрушением деревянных стоек. Для уменьшения смещений боков выработки между рамами на высоте около 1м от почвы выработки при помощи анкеров пришивали металлическую полосу.
На участке сопряжения лавы со штреком производится усиление крепи деревянными ремонтинами и сборными металлическими стойками из СВП-22. На сопряжении штрека с очистным забоем выкладывается два ряда тумб БЖБТ и ряд деревянных костров из шпального бруса. Смещения кровли под лавой составляют 1800мм. В погашаемом тупике выработки происходит полное разрушение стоек, частичное расслоение кровли и обрушение ее блоками.
Деформации пород кровли сопровождаются изгибом подхватов на участке 3-5м впереди лавы.
Рисунок 6 – График зависимости смещений пород кровли 5 южного конвейерного штрека уклона пл. m51в гор. 450 м. от расстояния до лавы.
Как видно из приведенных данных, на участке выработки с анкерной крепью, вне зоны влияния очистных работ, смещения кровли в 2-2,5 раза меньше, чем на участке с рамной крепью. В зоне влияния очистных работ впереди лавы, анкерная крепь обеспечивает устойчивое состояние выработки при смещениях кровли до 1000мм, не разрушаясь. Потеря устойчивости выработки и разрушение усиливающей крепи, происходит после прохода лавы, при смещениях кровли выработки более 2000мм.
В общем, по результатам отработки 380м участка штрека закрепленного анкерной крепью можно отметить, что она позволяет обеспечить нормальное эксплуатационное состояние в течение всего срока службы выработки.
Несмотря на значительные смещения пород кровли за лавой, крепь выработки до момента ее погашения находится в удовлетворительном состоянии. Нарушение сплошности пород происходило после прохода очистного забоя, но так как выработка погашалась, и повторно не использовалась, это было допустимо.
Наблюдения за смещениями пород на экспериментальных участках продолжаются. Учитывая положительный опыт применения анкерной крепи в этих двух выработках, принято решение о расширении объема применения данного вида крепи на шахте. Проведенные опытно-экспериментальные работы полностью подтвердили разработанную ДонНТУ концепцию механизма работы анкерной крепи, которая будет положена в основу разрабатываемого нормативного документа по применению анкерной крепи.
© Емец Д.К.