ПОДЗЕМНЫЕ РАБОТЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ "КУСТО-ПАКЕТНОЙ КРЕПИ" И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЕЕ ПРИМЕНЕНИЮ
А.В.Литвинов Канд. техн. наук (ШИ ЮРГТУ) А.А.Привалов Канд. техн. наук (ШИ ЮРГТУ) Р.А.Бородин Канд. техн. наук (ОАО "Ростовуголь")
Статья опубликована в журнале "Российский Уголь"

При отработке лав для охраны выемочных штреков за лавой на шахтах "Юбилейная", "Западная-Капитальная", им. 50-летия Октября, "Ростовская" и др. ОАО "Ростовуголь" и "Гуковуголь" используются тумбы из БЖБТ, бутокостры, деревянные костры, угольные целики. Тумбы из БЖБТ обладают высокой несущей способностью, малой податливостью, инвентарностью. Недостаток - высокая стоимость и большой вес. Деревянные костры и бутокостры имеют меньшую стоимость, но, обладая большой податливостью, не обеспечивают эффективного, экономичного поддержания выработок после прохода лавы.

Наибольший объем бесцеликовых способов охраны выемочных штреков приходится на применение бутокостров (костров) и тумб из блоков БЖБТ, объем охраны угольными целиками оставался без изменения, а бутовыми полосами неуклонно снижается. В последние годы наблюдается некоторое снижение объема применения тумб из БЖБТ. Это объясняется резким повышением стоимости материалов и снижением темпов роста уровня заработной платы. Тем не менее следует признать, при достижении экономической стабильности будет наблюдаться рост бесцеликовых способов охраны, что потребует совершенствования средств охраны выработок.

В последние годы в ОАО "Ростовуголь" и "Гуковуголь" применяются блоки БДБ, состоящие из отрезков деревянных стоек (L = 150 мм), размещенных в металлической обойме. Пустоты заполняются тощим раствором бетона. Блоки изготавливаются в заводских условиях. Наблюдения показали их высокую несущую способность, что обеспечивает качественную охрану выработок. Правда, их стоимость на 45-50 % выше, чем у блоков БЖБТ, что ставит под сомнение экономическую эффективность их применения, да и вес их достаточно высок. В условиях шахт ОАО "Ростовуголь" и "Гуковуголь", где мощность отрабатываемых пластов составляет в среднем 0,8-1,1 м, использование тяжелых блоков затруднительно. Доставка большого количества их к месту возведения на берме в лаве трудоемка и небезопасна. Имеется опыт применения жестких конструкций в виде установки вместе нескольких стоек - "куста". Но при значительных нагрузках стойки в "кусту" разрушаются каждая в отдельности вследствие продольного изгиба, и конструкция полностью теряет свою несущую способность.

Сотрудниками ШИ ЮРГТУ и ОАО "Ростовуголь" предложена конструкция "кусто-пакетной" крепи с улучшенными характеристиками. Конструкция предлагает симметричную установку необходимого числа стоек в пределах круга оптимального диаметра с обвязкой их гибкими, прочными стяжками, равномерно распределенными по всей длине стоек. Для определения параметров крепи проведены лабораторные испытания "кусто-пакетной" крепи при различных схемах монтажа. Отрабатывались модели при свободной установке стоек и с обвязкой их гибкими связями. При испытании фиксировался характер деформации, как в ходе нагружения, так и после снятия нагрузки.

Основным видом разрушения моделей с небольшой длиной (L = 105 и 210 мм) является обмятие торцов и образование складок вблизи торцевых частей при достижении предела прочности. В дальнейшем разрушение происходит по параллельным плоскостям, но при меньших нагрузках. Угол наклона плоскости разрушения при длинах до 100 мм составляет 45°, с увеличением длины - уменьшается. В моделях длиной 400 мм и более разрушение начинается с обмятия торцевых участков с последующим изгибом и разрушением элементов в средней части, что приводит к полной потере конструкцией несущей способности. Положение не меняла даже установка связей усиления в торцевых частях или посередине конструкции. Исключение составила модель, где установились 4 связи усиления равномерно по всей конструкции. В этом случае, несмотря на длину в 400 мм, конструкция работала по характеристике конструкции длиной 210 мм без изгиба и разрушений в средней части.

Следовательно, при правильном выборе длины и количества стоек конструкции, числа и натяжения гибких связей имеется возможность значительно улучшить силовые характеристики "кусто-пакетной" крепи. С этой целью проведены аналитические исследования по определению конструктивных и силовых параметров "кусто-пакетной" крепи в зависимости от мощности пласта. В основу методики положена работа конструкции только в режиме осевого сжатия без продольного изгиба. Согласно теории Эйлера, несущая способность гибкого стержня определяется величиной коэффициента относительной гибкости .

Различают три возможных значения , определяющих схему работы стержня. При > прогиба возможна потеря устойчивости в упругой области, при < прогиба - потеря устойчивости в упруго-пластической области и при < прочности - разрушение по прочности. Учитывая необходимость получения повышенной несущей способности и определенной силовой податливости конструкции, дальнейшие расчеты произведены из условия деформаций при нагрузке равной пределу прочности на одноосное сжатие. В этом случае оптимальным соотношением длины и диаметра конструкции следует считать D/L - 1/2.

Число стоек для формирования устойчивого пакета определялось опытным путем при проработке различных схем размещения стоек разного диаметра в пределах оптимального диаметра D.

Количество необходимых гибких стяжек, равномерно размещаемых по длине пакета, определяется из условия получения между ними длины стержня, не имеющего гибкости: В качестве гибких стяжек могут использоваться отрезки из списанных стальных канатов с винтовым натяжителем, вязальная проволока. Сечение гибких стяжек определяется из условия их прочности при натяжении, вызывающим деформации рудничных стоек под ними. Общая несущая способность "кусто-пакета" определяется пределом прочности дерева и суммарной площадью размещенных в пакете рудничных стоек. Таким образом, изменяя число стоек и гибких стяжек, мы имеем возможность получать те или иные характеристики "кусто-пакетной" крепи. Результаты лабораторных испытаний "кусто-пакетной" крепи позволили разработать временное "Руководство по определению параметров "кусто-пакетной" крепи (КПК)" и провести шахтные испытания.

Для проверки и уточнения разработанных требований в период с 17.07. по 20.08.1999 г. в соответствии с программой и методикой проводились шахтные испытания конструкции и методики расчета параметров "кусто-пакетной" крепи (КПК) в лаве № 216 шахты им.Чиха.

Целью шахтных испытаний являлись:
- отработка технологических требований возведения "кусто-пакетной" крепи;
- установление соответствия практических параметров работы КПК (схема работы, силовые параметры ) расчетным;
- возможность применения данной конструкции на шахтах ОАО "Ростовуголь". Испытания крепи проводились в верхней части лавы № 216 при охране вентиляционного просека. Действующим паспортом охраны предусматривается установка обычного деревянного "куста" из трех стоек с выкладкой вокруг них деревянного костра. На опытном участке вместо обычного "куста" устанавливалась "кусто-пакетная" крепь.

Исследование и отработка технологии возведения КПК осуществлялись на основе визуальных наблюдений и опроса при монтаже крепи. Исследованиями установлено, что основными недостатками являлись : - недостаточная плотность установки рудничных стоек в пакете; - трудности монтажа стяжек из проволоки диаметром 8 мм. Поэтому первые "кусто-пакеты" имели некачественную характеристику работы. В дальнейшем вместо проволоки диаметром 8 мм применяли двойную стяжку из проволоки диаметром 5,5 мм и усилили контроль за качеством установки рудничных стоек. В целом можно отметить малую трудоемкость и простоту возведения "кусто-пакетной" крепи в шахтных условиях по сравнению с другими конструкциями. Оценка характеристики работы и силовых параметров крепи КПК согласно методике проводилась с помощью замеров параметров деформаций пакетов, смещений пород кровли в вентиляционном просеке и визуальных наблюдений за состоянием пород кровли. Замеры осуществлялись на участках вентиляционного просека при действующем и новом паспорте охраны. Результаты исследований показывают, что "кусто-пакетная" крепь в отличие от обычного "куста" работает в режиме осевого сжатия без продольного изгиба и поперечных деформаций и на протяжении всего периода наблюдений оказывает постоянное сопротивление смещающимся породам кровли. Величина смещений пород кровли согласно замерам на реперных станциях показывает, что силовые параметры "кусто-пакетной" крепи, определенные согласно "Руководству…", позволяют значительно снизить величину смещений и обеспечить устойчивое состояние выработки в заданных технологических пределах. Выводы Конструкция "кусто-пакетной" крепи обеспечивает ее работу в режиме осевого сжатия без продольного изгиба и поперечных деформаций. Параметры, определенные согласно "Руководству по определению параметров "кусто-пакетной" крепи", позволяют обеспечить заданную характеристику работы крепи и достаточную регулируемую несущую способность. В настоящее время ведутся работы по совершенствованию конструкции "кусто-пакетной" крепи с целью упрощения схемы ее возведения. Назад