Документ

Уголь Украины 2000,9
А. Ф. БУЛАТ, акад. НАН Украины, директор ИГТМ НАН Украины, руководитель Центра анкерного крепления

О ВНЕДРЕНИИ НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОПОРНОГО КРЕПЛЕНИЯ ВЫРАБОТОК АНКЕРАМИ (Программа "Анкер")
Крепь горных выработок является основным техническим средством обеспечения их надежности и безопасности. Поэтому от эффективности решения задач, связанных с креплением, зависит надежность и безопасность функционирования шахты в целом. Известно, что при традиционной рамной (арочной) крепи выработки со временем задавливаются настолько, что потери первоначальной площади их поперечного сечения составляют вне зоны очистных работ 30—40%, а в зоне их влияния — 70—80%. Это приводит к тому, что 30% выработок ежегодно ремонтируется и перекрепляется, ремонтируется до 60% от вновь проводимых выработок. Доля затрат на проведение, крепление и поддержание выработок уже достигла 25% себестоимости угля и дальнейшее увеличение этого показателя недопустимо.
А ведь горную выработку можно назвать "артерией шахты", по которой ходят люди, транспортируются грузы, движется воздух, в конечном итоге перемещается уголь — основной товар горного предприятия. Если учесть, что общая протяженность выработок составляет десятки тысяч километров, то можно представить себе всю серьезность проблемы обеспечения их безопасности и надежности. Все это говорит о том, что повсеместно применяемая традиционная технология поддерживающего и подпорного крепления (металлическими рамными, монолитными и сборными бетонными и железобетонными крепями) исчерпала технические и технологические возможности.
Фундаментальные исследования последних лет показывают, что альтернативой поддерживающему и подпорному креплению и принципиально новой идеологией может быть технология опорного крепления, суть которой сводится к созданию в приконтурном массиве системы высокопрочных опор, блокирующих смещение пород в выработку. Инструментом для реализации технологии являются сталеполимерные анкера нового технического уровня с несущей способностью 250—500 кН и более.
С учетом тенденций развития горных работ на шахтах Украины по результатам многолетних экспериментальных исследований отечественных ученых и специалистов и практического опыта зарубежных стран Институтом геотехнической механики НАН Украины разработана Программа широкомасштабного внедрения на угольных шахтах Украины анкерных систем, средств и способов механизации их возведения и контроля (программа "Анкер").
Цель программы — кардинальное улучшение всего комплекса показателей работы угольных шахт Украины на основе широкомасштабного внедрения новой технологии опорного крепления горных выработок анкерными системами.
При разработке программы "Анкер" использовались передовые зарубежные технологии производства анкерных систем, способов бурения и установки анкеров с привлечением накопленного в Украине опыта управления горным давлением в сложных условиях, контроля состояния и свойств предельно напряженных пород. Программа призвана обеспечить существенный рост темпов проведения выработок для подготовки очистного фронта, охрану и поддержание выработок в широком спектре горно-геологических условий, безопасность труда и сохранение экологии, значительное улучшение условий ведения добычных работ, снижение затрат металлопроката, повышение производительности труда. По своему значению и масштабам научно-технических проблем программа "Анкер" отнесена к важнейшим отраслевым. Тем не менее, учитывая потенциальный межотраслевой характер использования ожидаемых результатов (в шахтах железорудных, марганцево-рудных, гипсовых, пиленых известняков, соляных и калийных), ее можно считать одной из важных народнохозяйственных программ.
Первая редакция программы "Анкер" (1997—1999гг.) разработана в соответствии с положениями "Концепции развития угольной промышленности Украины на период до 2005 года" и приказом Министра угольной промышленности Украины № 271 от 26.06.97 г. для решения первоочередных задач широкомасштабного внедрения анкерной крепи на шахтах. Вторая редакция (2000—2004 гг.) согласно приказу Министра угольной промышленности Украины № 434 от 03.09.99 г. составлена в целях серийного освоения на угольных шахтах технологии опорного крепления, сооружения и эксплуатации выработок с анкерной крепью. На перспективу планируется разработка программы стратегического развития горных работ на шахтах Украины до 2010 г. с ориентацией на технологию опорного крепления выработок анкерными системами.
Основным результатом первого этапа программы "Анкер" является создание специалистами Минуглепро-ма, Национальной академии наук Украины, немецкой фирмы "Карботех" и других организаций современной промышленной базы по выпуску анкерных штанг и химических ампул для их закрепления (ЗАО "Карбоспец-полимеркрепь", г. Макеевка) и нормативно-методической базы для надежного и безопасного функционирования выработок с анкерной крепью (Центр анкерного крепления при ИГТМ НАН Украины, г. Днепропетровск).
Опорное крепление анкерами относится к высоким технологиям и требует нового уровня качества на всех этапах работ —техническом, технологическом, организационном и методическом. Поэтому надежность и безопасность выработок с анкерной крепью можно обеспечить только системным подходом к спектру проблем, связанных с применением анкеров в качестве основного средства новой технологии. Организационную структуру такой системы в Украине составляют: ЗАО "Карбоспец-полимеркрепь"; Центр анкерного крепления; ДонУГИ; организации, выполняющие работы по анкерному креплению; шахты, на которых внедряется новая технологии. Общее руководство работами осуществляет Министерство топлива и энергетики совместно с Национальной академией наук Украины.
ЗАО "Карбоспецполимеркрепь" в соответствии с паспортом проведения и крепления производит и поставляет на шахты комплектующие и оборудование для сооружения выработок с анкерной крепью (анкерные штанги металлические, ампулы с полимерным закрепителем, анкерные подхваты, затяжки, гайки, шайбы, сетки, буровое оборудование для возведения анкерной крепи, маслостанции для бурового оборудования с гидравлическим приводом, компрессоры для бурового оборудования с пневматическим приводом и др.). ДонУГИ разрабатывает технологию возведения и эксплуатации выработок с анкерной крепью, оказывает помощь в составлении и согласовании Паспортов проведения и крепления. В русле современных мировых требований обеспечения и управления качеством при освоении новых технологий в структуре системы необходимо наличие организации, выполняющей функции "третьей независимой стороны". Эту роль в горно-добывающей промышленности Великобритании играет фирма RМТ, в Германии — DМТ. В Украине в рамках программы "Анкер" такие функции выполняет Центр анкерного крепления, созданный на базе Института геотехнической механики совместным приказом Министра угольной промышленности Украины С. Б. Тулуба и Президента Национальной академии наук Украины Б. Е. Патона № 323 от 06.07.99 г.
Центр является организацией, с одной стороны, компетентной, а с другой,—независимой от производителя, поставщика и потребителя продукции по анкерному креплению. Компетентность Центра определяется его техническим оснащением и штатом сотрудников, среди которых — ведущие ученые и специалисты в области механики горных пород, технологий крепления выработок, а также горняки-технологи, конструктора, программисты и т. д. Как "третья сторона" Центр организует систему мероприятий по обеспечению надежного и безопасного функционирования выработок, основными из которых являются: проверка выполнения работ по анкерному креплению организациями, учреждениями, предприятиями с необходимым уровнем надежности и безопасности; оформление и согласование всей разрешительной документации по применению анкерного крепления на шахте; обеспечение соответствия продукции, процессов и услуг по анкерному креплению требованиям законов Украины, действующих нормативных документов Минуглепро-ма, Госнадзорохрантруда Украины, КД 12.01.01.501-98, КД 12.01.01.502-98идр.; накопление, систематизация и распространение опыта по применению анкерного крепления на угольных шахтах.
В рамках своих полномочий, определенных руководящим документом Минуглепрома КД 12.01.01.502-98, Центр выдает разрешения на работы по анкерному креплению, акты соответствия произведенной продукции, выполненных услуг, Аттестаты по результатам подготовки специалистов, другие документы. Кроме того, располагая соответствующей кадровой и научно-технической базой, Институт геотехнической механики и Центр выполняют также следующие работы:
геотехническая оценка горно-геологической и горнотехнической обстановки на шахтах с позиций технологии опорного крепления анкерами;
разработка паспортов и тестовые испытания анкерной системы и ее элементов, прогноз реакции массива горных пород при условиях, которые пока нельзя определять на основе известного опыта;
производство двух типов индикаторов состояния выработок с анкерной крепью — глубинных индикаторов перемещений пород (ИППГ) и контурных индикаторов нагружения анкера (ИНА);
подготовка персонала и нормативно-методическое обеспечение шахт по вопросам анкерного крепления, консультативная и методическая помощь шахтам и организациям-исполнителям на всех этапах сооружения и эксплуатации выработок;
экспертиза научно-исследовательских работ, конструкторских разработок и технологий по анкерному креплению;
разработка нормативного обеспечения новой технологии опорного крепления анкерными системами выработок.
Политика Центра направлена на формирование убежденности эксплуатационников и контролируют органов в том, что новая технология опорного крепления: отвечает требованиям Правил безопасности в угольных шахтах [1], а выработки с анкерами во время эксплуатации не станут источником аварий и убытков. Взаимосвязанная деятельность всех исполнителей программы "Анкер" позволяет комплексно подходить к решению задачи внедрения технологии опорного крепления анкерными системами в рамках Государствен: программы реформирования и финансового оздоровления предприятий угольной промышленности.
На первом этапе программы "Анкер" ИГТМ, Цент анкерного крепления и Минутлепромом были разрработаны и введены в действие руководящие норматив] документы КД 12.01.01.501-98 и КД 12.01.01.502-98 |2, 3].
Центр анкерного крепления в содружестве с угольным консалтинговым центром Тасис" (в настоящее время—предприятие "Уголь-Консалт") проводит подготовку на шахтах специалистов всех категорий по вопросам применения анкерного крепления как основного средства новой технологии. Разработаны программы, по которым проводится индивидуальная и централизованная подготовка персонала шахт с выдачей аттестатов установленного образца.
В 1999 г. Центром совместно с ИГТМ дана геотехническая оценка возможности применения анкерной ] пи и разработаны ее паспорта для выработок шахт:"Алмазная" ГХК "Добропольеуголь", "Павлоградская" ГХК "Павлоградуголь", "Западно-Донбасская" ГХК "Павло градуголь", "Красноармейская-Западная" № 1 ГХК "Макеевутоль", "Россия" ГХК "Селидовуголь", им. Стаханова, ГХК "Красноармейскуголь", Трудовская" ГХК "Донуголь", "Южнодонбасская" № 1, "Комсомолец Донбасса", "Должанская-Капитальная", ГХК "Свердловрацит", "Молодогвардейская", ГХК "Краснодонуголь", Новодонецкая", им. Абакумова, ГХК"Донуголь".
К числу важнейших результатов Центра относится создание в кратчайшие сроки контурных и глубинных индикаторов состояния выработок с анкерной крепью Кроме того, разработана техническая документация изготовлены и проведены стендовые испытания, опытных партий материалов и элементов анкерной крепи. Все это позволило к началу 2000 г. вплотную подои приемочным испытаниям комплекса анкерных систем в целях широкомасштабного освоения на угольных шахтах Украины новой технологии опорного крепления работок.

Таким образом, накопленный опыт научной и организационной работы, результаты стендовых и шахтных испытаний как отечественной, так и зарубежной техники, элементов крепи и анкерных систем в целом создали хорошую базу для успешной реализации широкомасштабного внедрения технологии опорного анкерного крепления на шахтах Украины. При этом из всего спектра вопросов, связанных с выполнением этой части работы и требующих незамедлительного решения, наиболее важными являются три.
Первый — отработка наиболее рациональной организационной формы внедрения новой технологии. Многое уже сделано. В частности, в соответствии с приказом Минуглепрома Украины на ряде шахт введена должность инженера по анкерному креплению, в обязанность которого входит осуществление взаимодействия с ЗАО "Карбоспецполимеркрепь" по поставкам оборудования и комплектующих, с Центром — по научно-методическим и организационным вопросам, с шахтой — по внедрению крепи. Созданы специально подготовленные группы специалистов по внедрению крепи.
Второй вопрос — геомеханический контроль за состоянием выработок, закрепленных анкерной крепью, и мониторинг состояния выработок при строительстве и эксплуатации, обеспечение контурными и глубинными датчиками и аппаратурой контроля напряженно-деформированного состояния горного массива.
Третий вопрос — обеспечение шахт высокопроизводительной буровой техникой. К сожалению, за многие годы разработчикам отечественной буровой техники не удалось достичь требуемых показателей по мощности, производительности, габаритам, массе и т. д. Вопрос требует незамедлительного решения. Таким образом, альтернативы внедряемой технологии опорного крепления анкерными системами не существует. И только ее реализация в полном объеме способна кардинальным образом изменить ситуацию как в процессах проведения, крепления и поддержания выработок, так и в угольной отрасли в целом.

ЛИТЕРАТУРА 1. ДНАОП1.1.30— 1.01 -96. Правила безпеки у вугільних шахтах. 2. КД 12.01.01.501 -98. Система забезпечення надійного та безпечного функціонування гірничих виробок із анкерним кріпленням. Загальні технічні вимоги / Минуглепром Украины, 1998. 3. КД 12.01.01.502-98. Система забезпечення надійного та безпечного функціонування гірничих виробок із анкерним кріпленням. Порядок та організація/ Минуглепром Украины, 1998.

Факультет Геотехнологий и Управления Производством