Кафедра РКК   Гірничий факультет   ДонНТУ   Портал магістрів

АНТИПОВ АНДРІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ

Гірничий факультет

Кафедра розробки корисних копалин

Спеціальність Розробка корисних копалин

Обгрунтування параметрів технології закріплення анкерів за рахунок природного деформування стінок шпура

Науковий керівник: д.т.н., проф. Касьян Микола Миколайович

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Введення
• 1. Актуальність теми
• 2. Мета і завдання дослідження, плановані результати
• 3. Огляд способів закріплення анкерного кріплення
• 4. Закріплення анкерного кріплення за рахунок природного деформування стінок шпуру
• Висновки
• Перелік посилань

Введення

Економіка та енергетична безпека України залежить від вугільної промисловості як основи індустрії країни. Перспективи нарощування вуглевидобутку об'єктивно пов'язані з ускладненням гірничо-геологічних умов і збільшенням глибини розробки, середнє значення якої становить 700м, а максимальне - 1400м, де досить інтенсивно проявляється гірський тиск. При цьому, особливо актуальною є проблема забезпечення стійкості підтримки гірничих виробок..

Ефективність роботи вугільних шахт в першу чергу визначається собівартістю вугілля, в якій до 45% складають витрати на проведення, кріплення і підтримання підготовчих виробок. При цьому 90 - 95% виробок закріплені арочним кріпленням з спецпрофілю СВП. Щорічно довжина ремонтованих виробок сягає 49 - 57%. Одним з перспективних напрямків зменшення витрат за рахунок використання несучої здатності породного масиву є застосування анкерного кріплення. При цьому в 5 - 10 разів зменшуються витрати металопрокату, в 2 - 5 разів збільшується продуктивність при кріпленні і 2 - 3 рази темпи проведення виробок. Застосування анкерного кріплення перспективні, але в умовах України обсяг її застосування становить 1 - 2%. Однією з основних причин, що заважають застосування анкерного кріплення на шахтах є не достатня розуміння її ролі в процесі підтримки вироблення, а також відсутність нормативної бази, що дозволяє з урахуванням конкретної геомеханической ситуації і досвіду використання, обгрунтувати параметри кріплення.

1. Актуальність теми

Вартість встановлення одного анкера становить 100 - 120грн. з яких 40% складає вартість закріплює суміші. За цим, розробка та дослідження нових способів закріплення анкерів за рахунок природного деформування стінок шпуру є актуальною і науково - технічним завданням.

2. Мета і завдання дослідження, плановані результати

Метою дослідження є обгрунтування параметрів нового способу закріплення анкера за рахунок природного деформування стінок шпуру.

Основні завдання дослідження:

1. Виконати аналіз способів і засобів закріплення анкера;
2. Провести аналітичні, лабораторні і шахтні дослідження з визначення:

- Раціональних напрямків по периметру перетину де може реалізуватися новий спосіб закріплення анкера;

- Дослідити в лабораторних і шахтних умовах величину зміщень стінок шпуру для обгрунтування доцільних розмірів діаметрів шпуру і анкера.

На базі виконаних досліджень будуть визначені гірничо-геологічні та гірничо-технічні умови (міцність порід, глибина розробки, співвідношення діаметрів шпуру і анкера) де можливе використання ресурсозберігаючі технології закріплення анкера.

3.Огляд способів закріплення анкерного кріплення

Існують різні варіанти способів закріплення анкерного кріплення:

До першого способу відносяться закріплення, засновані на використанні замків різної конструкції, які розпирають в шпурі за рахунок клина або при обертанні анкера. До них відносяться дерев'яних клінощелевие анкера з опорними елементами у вигляді: а - дерев'яного клину; б - квадратної головки; в - запресованої втулки з пластиною; г - конусної втулки з дерев'яним клином; д - запресованої муфти з різьбленням, шайбою і гайкою; е - шайби з металевим клином; (рис.1), замкові металеві анкера: а - ШК-1м, б - АК-8у; в - АКМ; г - ЕС-2Е; д - АД-1; е - АП-2м; е - клінощелевого типу (рис.2). Несуча спроможність яких становить 18 - 120 кН при часу установки анкера 2 - 5 хв [1].

До другого способу закріплення відносять способи передбачають використання в'яжучих матеріалів. При цьому анкер закріплюється на деякій ділянці або по всій довжині. Зусилля закріплення анкера таким способом становить 50-130 кН. Установка анкера проводиться за 2-5 хв., Але включення в роботу відбувається через більш тривалий період, пов'язаний з часом схоплювання сполучного складу (Рис3).

Такий спосіб установки, з використанням полімерних смол (рис. 4), отримав найбільше поширення у вітчизняній і зарубіжній практиці.

Поряд з високою технологічністю, реалізація даного способу закріплення анкера пов'язана з використанням дорогої смоли, вартість якої становить 20-40% від загальних витрат на встановлення анкера. Вартість встановлення одного анкера - 200-250 грн., У тому числі вартість сполучного компонента - 100-200 грн. Загальні витрати на кріплення 1 п.м. вироблення анкерним кріпленням - 1000-2500 грн [7].

У третьому способі закріплення анкера проводиться без зв'язуючих складів і механічних замків - беззамкових способи закріплення. Закріплення анкера здійснюється за рахунок енергії вибуху (рис. 5) [1], або за рахунок випрямлення попередньо зім'ятої всередину тонкостінної труби діаметром 41 мм в шпурі діаметром 30-39 мм, під дією тиску води 30 МПа [2].

Відомий спосіб закріплення трубчато тонкостінного анкера з поздовжнім розрізом за рахунок пружних властивостей при введенні анкера діаметром 38 мм в шпур діаметром 35 мм. Зусилля закріплення становить від 25 до 50 кН / м. Час установки анкера 2 хв.Одним з ресурсозберігаючих способів установки анкерів є безшпуровая технологія розроблена в США.

Спосіб установки анкерного кріплення передбачає закріплення анкера без попереднього буріння шпуру за рахунок вдавлення анкера за допомогою гідравлічної установки в навколишній виробку масив[3]. Суцільний анкерний стрижень діаметром 20,6 мм вдавлюється в породи міцністю 30-40 МПа на глибину 0,5-0,8 м. Однією з проблем при реалізації даного способу установки анкера є забезпечення заданого напрямку його установки[4].

4. Закріплення анкерного кріплення за рахунок природного деформування стінок шпуру

Даний спосіб заснований на використанні процесів природного деформування стінок шпуру. Враховуючи той факт, що зона впливу вироблення поширюється на 3-4 її радіуса [6], шпур довжиною 2-3м, пробурений з контуру виробки вглиб масиву, потрапляє в зону дії підвищених напруг. При цьому навколо шпуру також формується зона підвищених напруг. У зв'язку з тим, що рівень діючих напружень в околиці шпуру вище ніж навколо виробки, можна припустити, що деформаційні процеси навколо шпуру будуть відбуватися з випередженням деформаційних процесів у породному масиві навколо виробки. На рис. 6 показана схема до пояснення механізму закріплення анкера[5].

Реалізація розробленого способу закріплення анкера проводиться в два етапи. На першому етапі в пробурені шпур вводиться анкер, який за допомогою пластмасової втулки закріплюється в донної частини свердловини. Після цього встановлюють опорну плиту і за допомогою гайки проводять попереднє натяг анкера. На другому етапі за рахунок деформування стінок свердловини виробляється закріплення анкера по всій довжині, що можливо тільки у випадку, коли конвергенція стінок свердловини перевищує різницю між діаметром шпуру і анкера.

Висновки

Короткий огляд існуючих способів закріплення анкерного кріплення показує, що для їх реалізації необхідні певні матеріальні витрати, пов'язані з бурінням шпурів, спеціальним виготовленням анкерів, необхідністю застосування дорогих сполучних матеріалів, використання спеціального обладнання. Тому, пошук і розробка ресурсозберігаючих способів і засобів закріплення анкерного кріплення є актуальним завданням. Удосконалення способів закріплення анкерного кріплення, необхідно вести в напрямку розробки та використання малоопераційних і простих способів і засобів. Таким чином, запропонований спосіб закріплення анкерів дозволить значно (в 1,5-2 рази) знизити витрати на установку анкерного кріплення.

Перелік посилань

1. Анкерная крепь: Справочник / А.П. Широков, В.А. Лидер, М.А. Дзауров и др.– М: Недра 1990. – С.34–205
2. Юхимов Я.И. Анкерные крепи и средства контроля за состоянием кровли (зарубежная информация)/ Я.И. Юхимов, В.Г. Галыперий // Уголь Украины, 1983. – №10. – С.44–46
3. Харрелл М.В. Новый гидравлический способ установки анкерных болтов/ М.В. Харрелл// Mining Congress Journal/ – 1971. – №6.
4. Патент на корисну модель №55763 Україна. МКИ E21D 20/00. Спосыб встановлення анкера/ Касьян М.М., Новіков О.О., Петренко Ю.А., Дрипан П.С., Шестопалов І.М., Гладкий С.Ю., Виговський Д.Д. – Заявл. 04.06.2010; опубл. 27.12.2010; бюл. №24. – 6с.
5. Мельников Н.И. Анкерная крепь. – М.: Недра,1980. – 252 с.
6. Гетце В. Основы применения анкерной крепи в горизонтальных выработках арочного сечения// Глюкауф. – 1977. – №15 – С.25–27
7. Штаноговая крепь/ В.Н. Семевский, В.М. Волжский, О.В. Темофеев, А.П. Широков – М.: Недра, 1965. –328с.