Рассмотрены результаты наблюдения за состоянием горных выработок марганцевых шахт, закрепленных ан- керной крепью. Приведены закономерности смещения кровли выработок в зависимости oi определяющих факторов.

Известно, что несущая способность кольцевой шарнирно-податливой крепи из СВП–27, применяемой на марганцевых шахтах, недостаточна для поддержания горных выработок. Эта крепь не оказывает существенного влияния на поведение слабых вмещающих пород, которые согласно СНиПу 11-94-80 имеют IV категорию устойчивости со смещением контура выработок в зоне очистных работ более 500 мм [1].

Обычно после монтажа крепи в проходческих забоях между затяжкой и контуром выработок остается технологический зазор толщиной 50–100 мм и более. Под воздействием сил гравитации происходит отслоение породы от основной части массива с образованием зоны неупругих деформаций и первичного горного давления. В результате начинается деформация крепи, которая в зоне влияния вторичного горного давления превосходит допускаемую величину.

Общепризнанной альтернативой подгорной рамной крепи является анкерная крепь, упрочняющая породный массив вокруг выработок [2]. При ее применении закрепные пустоты отсутствуют, заанкерованная порода не отслаивается и зона неупругих деформаций вокруг выработок не образуется вплоть до воздействия вторичного горного давления. Основное назначение анкерной крепи в нарезных выработках заключается в предотвращении расслоения массива и сохранении первоначального сечения горных выработок до начала производства очистных работ [3].

Постановка задачи – показать, что применение анкерной крепи в подготовительных и нарезных горных выработках позволяет предотвратить расслоение массива и формирование первичного горного давления вне зоны влияния очистных работ, а также определить длину анкеров, при которых эти процессы не наблюдаются.

Многолетние промышленные испытания анкерной крепи на марганцевых шахтах показали, что основным обобщающим критерием, определяющим состояние горных выработок, является скорость смещения кровли, которая зависит от следующих факторов

где V - скорость смещения кровли выработок, мм/ч; mгл. – мощность пласта надрудных глин; lа – длина анкеров, м; Па – плотность анкерования, анкеров/м2; W - влажность породы, %; Н – глубина разработки, м; m – мощность рудного пласта, м. Установлено, что основными факторами, при прочих равных условиях, являются мощность пласта надрудных глин и длина анкеров.

В результате промышленных испытаний анкерной крепи на шахте № 14/15, на которой мощность пласта надрудных глин составляет 16 м, было установлено, что скорость смещения кровли выработок вне зоны влияния очистных работ составляет 0,2 мм/ч при длине анкеров 2 м и 0,1 мм/ч при длине анкеров 3 м. Это позволило составить следующие два уравнения зависимости скорости смещения кровли от основных определяющих факторов

После решения системы уравнений (2) и (3) было получено: 0,025 и 0,1. Тогда уравнение зависимости скорости смещения кровли от основных определяющих факторов на шахте № 14/15 принимает следующий вид

V = 0,025mгл-0,1lа . (4)

Следовательно, скорость смещения кровли в горных выработках, пройденных вне зоны влияния очистных работ, находится в прямо пропорциональной зависимости от мощности пла-ста надрудных глин и в обратно пропорциональной зависимости от длины анкеров.

Используя уравнение (4), определим ту длину анкеров, при которой на шахте № 14/15 смещение кровли в выработках будет отсутствовать 0,025•16-0,1lа=0. Тогда lа=4 м.

Используя уравнение (4), сделаем точечный прогноз необходимой длины анкера для шахты №8, на которой мощность пласта надрудных глин составляет 8 м 0,025•8-0,1lа =0. Тогда lа = 2 м.

Анкера такой длины продолжительное время применяются в выемочных штреках шахты №8, позволяя вести очистные работы без перекрепления сопряжений очистных выработок.

Попытка же применения подобных анкеров на шахте №9/10 оказалась безуспешной, по-скольку мощность надрудных глин на участке составляла 12-14 м.

Наблюдениями установлено, что в зоне влияния очистных работ вокруг анкеров образуются конусообразные участки сжатой породы или руды, которые по мере увеличения горного давления накладываются один на другой и формируют единую область упрочнения, препятствующую их обрушению. Растягивающие напряжения наблюдаются в небольших по высоте конусах между головками анкеров и существенной роли в поведении заанкерованного массива не играют.

Высота сопряжений горных выработок, закрепленных анкерной крепью, составляет 2-2,2 м, что значительно больше, чем при применении рампой крепи. Это позволяет производить перегоны комбайнов из заходки в заходку без ремонтных работ на сопряжениях и их перешейках.

Таким образом, если при применении подпорной рамной крепи геомеханический процесс образования вокруг выработок зон неуиругих деформаций начинается сразу же после ее установки в забое, то при применении анкерной крепи этот процесс начинает развиваться только вблизи очистных работ. В этом случае скорость смещения кровли зависит от мощности пласта надрудных глин и длины анкеров. Расчетная длина анкеров, полученная по зависимости (4), должна проверяться экспериментальным путем.

Дальнейшие исследования целесообразно направить на испытание в промышленных условиях составных анкеров длиной 4 м и более [4]. Практический интерес представляют промыш-ленные испытания полимерных анкеров и ограждения из стеклоткани шахтного исполнения. Такая анкерная крепь, если ею закрепить бока горных выработок, позволит ускорить процесс засечки заходок комбайнами, ликвидировать ручные операции и повысить производительность очистных забоев. Пионерные испытания стекло-тканевого ограждения показали его работоспособность, безопасность и высокую надежность.

Список источников

1. СНиП 11–94–80. Подземные горные выработки. Нормы проектирования. – М: Стройиздат, 1982. – 272 с.
2. Никонец В.И., Гайдук А.Л. Геомеханическое обоснование анкерной крепи в высоко-пластичных рудах и породах. - Кривой Рог: ГНИГРИ, 2001. – С. 82–86.
3. Никонец В.И. Результаты промышленных испытаний анкерной крепи в Никопольском бассейне. - Кривой Рог: ГНИГРИ, 2003. – С. 77–82.
4. Никонец В.И., Горбатснко И.А. Совершенствование способов производства горных работ на марганцевых шахтах страны // Вісник Криворізького технічного університету. – Вип. 23. – Кривий Ріг: КТУ, 2009. – Вип. 23. – С. 28-31. .