Донецкий национальный технический университет
Портал магистров ДонНТУ
Поисковая система ДонНТУ
Дашкеев Евгений Васильевич
Факультет: Геотехнологий и управление производством
Специальность: Разработка месторождений полезных ископаемых
Ссылки
Библиотека
Отчет о поиске
Индивидуальное задание
На главную
jekson-jeka@inbox.ru
АВТОРЕФЕРАТ
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
Одной из самых эффективных из различных систем крепления массивов горных пород является анкерная крепь. Именно анкеры с механическими замками сыграли решающую роль в революции в американской горнодобывающей промышленности в 1950-х годах. Впервые анкерная крепь нашла массовое применение в 1947 г. в Соединенных Штатах, где ее разработка стимулировалась Горным бюро США с целью снижения числа несчастных случаев, вызванных, обрушением кровли. Менее чем за два года анкерная крепь вошла в ежедневную практику американской горнодобывающей промышленности. В 1949 г. этот способ крепления использовался более чем в 200 шахтах, а в 1952 г. потребление анкеров достигло 25 млн. штук. В настоящее время в горной промышленности США расходуется около 120 млн. анкеров для крепления примерно 25000 км пластовых выработок прямоугольного сечения. По оценкам Горного бюро более 90% подземной добычи угля в США производилось под кровлей, закрепленной анкерами. В результате признания и ш
В результате признания и широкого распространения анкерной крепи в угледобывающей промышленности значительно сократилось число аварий, и существенно возросла производительность. Кроме того, благодаря отсутствию стоек и других подобных элементов крепи была значительно улучшена вентиляция. Таким образом, анкерная крепь была признана весьма эффективным и в то же время недорогим средством крепления. Так, например, при использовании анкерной крепи, экономия затрат составляет 250—350 долларов на 1 м выработки по сравнению с арочной крепью.
При помощи анкерной крепи горные породы упрочняются. В массиве формируется грузонесущая конструкция, аналогичная составной балке, плите, своду или арке. В этом случае скрепляемые породы испытывают сжатие, а анкеры – растяжение.
Для условий трещиноватых пород без четко выраженной слоистости, когда выработка имеет плоскую кровлю, Б.К. Чукан предположил, что сжатие в породе от первоначального натяжения анкеров будет распространяться под углом 45 градусов. Расстояние между анкерами должно быть таким, чтобы в кровле выработки образовалась породная плита, способная нести нагрузку даже после образования вывалов между анкерами на глубину равную половине расстояния между анкерами. Плита будет устойчивой в том случае, если в ее пределах образуется распорная система, подобная трехшарнирному своду.
Достоинствами анкерной крепи являются снижение потребности в складировании и транспортировке материалов, улучшение вентиляции выработок, вследствие удаления из них лишних препятствий, уменьшение размеров выработки, необходимых для обеспечения заданной площади поперечного сечения, большая свобода передвижения самоходного оборудования без риска снести крепь, а также незначительные расходы на поддержание установленной крепи.
При креплении анкерной крепью кровли, сложенной твердыми тонкослоистыми нетрещиноватыми породами, по мнению автора, также образуется сооружение, аналогичное составной балке. При этом все слои в кровле работают совместно. Особенностью деформаций пород в кровле выработки в этом случае является расслоение пород по плоскостям их контактов. В результате совместного изгиба пачек слоев пород образуется ступенчатая форма обрушений. Активную длину анкеров в таком случае выбирают по структурному разрезу кровли так, чтобы замки размещались в прочном слое, имеющем достаточную мощность.
Целью анкерования пород является поддержание непосредственной, кровли или хотя бы повышение ее несущей способности. Область применения анкеров традиционна и заключается в "сшивке" отдельных слоев породы между собой или их "подшивки" к более прочному породному слою основной кровли. Установленные параметры анкерной крепи основаны на образовании вокруг выработки заанкерованной приконтурной несущей зоны пород, которая должна обеспечить устойчивость горных пород внутри этой зоны. Однако общепринятой теории расчета анкерной крепи до сих пор не существует. Поэтому разработка метода определения параметров анкерной крепи для поддержания выработок с учетом физико-механических свойств породы кровли является актуальной научной задачей.
При проектировании анкерной крепи тип анкеров, плотность их установки и начальный распор должны быть подобраны так, чтобы равновесие в закрепляемой породе наступило при оптимальной величине реакции анкеров. Длина анкеров должна быть больше радиуса зоны неупругих деформаций.
Развитием теории совместной работы крепи и породы стала энергетическая теория. Эта теория основана на методе расчета по энергетическому балансу, разработанному проф. Г.Н. Кузнецовым. На основании исследований, проведенных в институте горной механики, разработки месторождений и физики взрыва АН Грузинской СССР, было доказано, что равновесное состояние заанкерованной системы не достигается сразу после установки крепи, а возникает как результат развивающегося во времени процесса взаимодействия породы и анкеров. На этой основе был разработан метод расчета параметров анкерной крепи по изменению потенциальной энергии заанкерованной системы, автором которого стал А.Т. Топалкароев.
Анализ мероприятий, направленных на предотвращение вывалообразований, а также предварительные испытания показали, что одним из эффективных способов повышения устойчивости непосредственной кровли является опережающее армирование ее анкерными стержнями, закрепляемыми в шпурах вспенивающимся полиуретаном.
До настоящего времени, вопросы связанные с определением прочностных характеристик анкера, изучены недостаточно, а применяемые методы расчета и выбора параметров анкерной крепи не учитывают специфических особенностей работы ее в условиях действующего очистного забоя. Применение анкерной крепи без учета названных факторов не может дать ожидаемого результата или приведет к излишнему расходу материальных и трудовых ресурсов при предотвращении обрушений кровли. Этим определяется актуальность исследования работы анкерной крепи в очистных забоях.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
- исследование анкерной крепи и установление ее оптимальных параметров для различных горно-геологических условий эксплуатации в шахтах.
- установить параметры технологии поддержания неустойчивых пород кровли анкерной крепью и разработать практические рекомендации по их выбору в конкретных горно-технических условиях.
- провести соответствующие лабораторные опыты и сделать выводы особенностей деформирования породного массива, вмещающего выработки с анкерным и рамно-анкерным креплением в зависимости от места установки анкеров на контуре и параметров анкерования с помощью моделей из эквивалентных материалов.
- провести испытания в шахтных условиях, снять показатели, обработать результаты.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:
- установление закономерностей деформирования анкера с породным массивом горной выработки;
- разработка инженерного метода расчета анкера по несущей способности;
- определение оптимальных параметров анкерной крепи в подготовительных горных выработках.
- выявить эффективность анкерного и рамно-анкерного крепления в горно-геологических условиях действующих шахт.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ:
В связи с тем, что применение анкерного и рамно-анкерного крепления в шахтных условиях сложно и проблематично, испытания проводятся в лабораторных условиях.
Анализ и обобщение литературных источников, математическое и физическое моделирование.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследований заключается в установлении:
- взаимосвязей параметров анкерования со степенью устойчивости упрочняемых горных пород;
- оптимальных значений параметров анкерной крепи для конкретных условий очистного забоя;
- в использовании в расчетах по определению несущей способности анкера коэффициентов запаса по нагрузке и динамичности, что позволит обезопасить обрушение кровли выработки.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ состоит в том, что:
- ее результаты позволяют повысить надежность работы анкерной крепи;
- в результате успешных испытаний, результаты могут быть использованы при составлении паспортов крепления выработок действующих шахт.
ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ научных результатов подтверждается:
- положительными результатами испытаний анкерных устройств в различных горно-геологических условиях шахты;
- удовлетворительным совпадением результатов аналитических и экспериментальных исследований.
:
АНИМИРОВАНЫЙ РИСУНОК АНКЕРОВАНИЯ ВЫРАБОТКИ (7 КАДРОВ,20 ЦИКЛОВ, 44 КБ)
ДонНТУ
Портал магистров ДонНТУ
Библиотека
Ссылки
Отчет о поиске
Индивидуальное задание
На главную
