Вісті Донецького гірничого інституту, 2/2005
стр 84-86.
УДК 622.281.74
КАСЬЯН Н.Н., САХНО И.Г. (ДонНТУ)
В статье рассмотрен вопрос о рациональном пространственном расположении анкерных стержней при армировании слоистого породного массива.
Мировой опыт эксплуатации угольных шахт показывает, что успешно работающие рентабельные предприятия используют высоко нагруженные лавы, месячное подвигание которых составляет 150-200 и более метров. Это требует своевременной подготовки выемочных столбов с высокими темпами прове- дения выработок. Традиционная технология сооружения горных выработок не позволяет достичь этих темпов в связи с высокой трудоемкостью и низкой производительностью воз- ведения металлической арочной крепи.
Применение технологии анкерного крепления обеспечивает высокие темпы проведе- ния. Так, например, при применении анкерной крепи на шахтах Великобритании скорость проведения выработок составила 650- 680м/мес. То есть, альтернатив анкерному креплению на сегодня нет.
При применении анкерной крепи на шахтах Украины используются методики расчета, основанные на теориях сшивки и подшивки, что значительно сокращает область применения анкеров. Несмотря на большое количество разработанных методик расчета, ни одна из них не отражает в полной мере механизм взаимодействия и совместной работы анкера и массива, системы анкеров и массива.
Расчет параметров анкерной крепи, на наш взгляд, должен основываться на комплексном учете следующих положений:
- механизма деформирования окружающего выработку массива на разных этапах ее существования;
- роли и механизма работы анкерного стержня;
- взаимодействия и совместной работы системы анкеров и вмещающего массива.
Анализ результатов шахтных натурных наблюдений показывает, что процесс образования зоны неупругих деформаций происходит в четыре стадии [1]:
- деформирование контура выработки за счет расслоения пород; - первичное разрушение породного массива на макроблоки;
- разрушение макроблоков на более мелкие отдельности с ростом зоны неупругих деформаций вглубь массива;
- вторичное разрушение породного массива внутри зоны разрушенных пород.
В свете вышеизложенного понимания механизма деформирования породного массива вокруг выработки следует, что началом формирования зоны неупругих деформаций является процесс расслоения породного массива. Поэтому предотвращение расслоения за счет применения анкерных систем создает грузонесущую оболочку, которая препятствует дальнейшему развитию деформационных процессов. Следовательно, в данном случае реализуется известный механизм работы анкерных систем по методу сшивки породных слоев.
Традиционная схема сшивки предполагает расположение анкеров перпендикулярно напластованию пород. При этом сопротивление процессу расслоения оказывается силами сцепления между телом анкера и вмещающим массивом через связующий состав. Следует также отметить, что при такой схеме сшивки направление деформации массива совпадает с направлением установки анкера, что не позволяет включить анкер как армирующий элемент в работу по предотвращению смещений.
Таким образом, вопрос о рациональной схеме расположения анкерных систем при реализации схемы сшивки слоистого породного массива, в настоящее время является весьма актуальным.
Для исследования влияния схемы расположения анкерных стержней на устойчивость укрепляемого массива авторами статьи был проведен ряд экспериментов на структурных моделях. Из листов ДСП составлялся пакет, который имитировал слоистый массив пород, скрепляемый анкерами по различным схемам. Пакет укладывался на постель и ступенчато нагружался на прессе с доведением его до разрушения. Происходящие смещения фиксиро-вались при помощи индикатора часового типа. При этом изменялось количество анкеров и количество сшиваемых слоев. Схема нагружения модели представлена на рисунке 1.
Рисунок 1. Схема нагружения модели
Каждая серия состояла из 5 моделей (рисунок 2):
1 - незакрепленный массив;
2 - массив, закрепленный анкерами с их радиальным расположением;
3 - перекрестное расположение анкеров в плоскости;
4 - анкера расположены по большим диагоналям куба;
5 - анкера расположены по диагоналям куба, разнесенным в пространстве относительно друг друга.
Количество анкеров в каждой серии было постоянным, изменялось только их пространственное расположение.
На основании полученных результатов бы- ли построены графики, которые демонстрируют зависимость деформации слоистого массива от схемы установки анкеров.
Средняя производительность при величине хода поршня 2r и частоте вращения кривошипа n
Рисунок 2. Испытуемые схемы расположения анкеров
На рисунке 3 приведена диаграмма, иллюстрирующая характер деформирования пакета из трех слоев, скрепленного при помощи 8 анкеров по разным схемам.
Рисунок 3. Характер деформации слоев скрепленных по различным схемам
Из графиков видно, что традиционное радиальное расположение анкеров позволяет снизить деформацию пакета на разных этапах нагружения в среднем в 1,4-3,2 раз, перекрестное расположение - в 1,7-5,6 раз, а расположение анкеров по 5 схеме в 4,1-7,5 раз.
Результаты выполненных исследований показывают, что схема расположения анкеров, сшивающих слоистый массив существенным образом (3,2-7,5 раз) влияет на его деформационные характеристики. Дальнейшие исследования будут посвящены разработке методики оценки влияния схемы анкерования на устойчивость вмещающего выработку массива для обоснования параметров анкерной крепи.
Библиографический список
© Касьян Н.Н., Сахно И.Г., 2005