Обоснование и разработка технологии крепления капитальных выработок на основе инъекционного упрочения массивов горных пород

• Автор: Бурков, Юрий Васильевич
• Шифр специальности: 05.15.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 361 с. : ил.

Министерство топлива и энергетики Российской Федерации
Кузбасский научно-исследовательский институт шахтного строительства
На правах рукописи
БУРКОВ Юрий Васильевич
ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КРЕПЛЕНИЯ КАПИТАЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК НА ОСНОВЕ ИНЪЕКЦИОННОГО УПРОЧНЕНИЯ МАССИВОВ ГОРНЫХ ПОРОД
Специальности:
05.15.04 - «Строительство шахт и подземных сооружений» 05.15.11 - «Физические процессы горного производства»
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук
Научный консультант: докт.техн.наук, проф. В.А.Хямяляйнен
Кемерово 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО ТЕХНОЛОГИИ КРЕПЛЕНИЯ
КАПИТАЛЬНЫХ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
1.1. Анализ современных технологий возведения крепи при сооружении капитальных горизонтальных горных выработок
1.2. Анализ применения инъекционных технологий при сооружении капитальных горизонтальных горных выработок
Выводы, цель и задачи исследований
2. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
СВОЙСТВ ИНЪЕКЦИОННЫХ РАСТВОРОВ
2.1. Инъекционные растворы на основе цемента
2.2. Инъекционные растворы на основе заменителей цемента
Выводы
3. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ УПРОЧНЕННЫХ ГОРНЫХ
ПОРОД
3.1. Методика лабораторных исследований
3.2. Обработка и анализ результатов экспериментальных исследований
3.3. Прогнозирование физико-механических свойств упрочненных горных пород в натурных условиях
Выводы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИНЪЕКЦИОННОГО УПРОЧНЕНИЯ
НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ПОРОДНОГО МАССИВА
4.1. Выбор критерия влияния инъекционного упрочнения на несущую способность породного массива
4.2. Оценка влияния инъекционного упрочнения на величину нагрузки, воспринимаемой крепью в условиях сводообра-зования
4.3. Оценка влияния инъекционного упрочнения на величину нагрузки, воспринимаемой крепью в условиях совместного деформирования
4.4. Выбор и разработка физической модели для исследования несущей способности упрочненных горных пород
4.5. Обработка и анализ результатов лабораторных исследований несущей способности массива упрочненных горных пород
4.6. Натурные исследования влияния инъекционного упрочнения
на устойчивость выработок

4.6.1. Условия и методика проведения натурного эксперимента
4.6.2. Обработка и анализ результатов натурного эксперимента 125 Выводы
5. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КРЕПИ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЙ НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ УПРОЧНЕННОГО МАССИВА
5.1. Разработка модели комбинированной крепи, использующей несущую способность массива
5.1.1. Многослойно-стержневое представление
5.1.2. Конечно-элементное представление
5.1.3. Обоснование критерия несущей способности крепи
5.2. Разработка программного обеспечения численной реализации модели комбинированной крепи
5.2.1. Автоматизированное формирование моделей крепи
5.2.2. Отображение физико-механических свойств массива на модели в автоматизированном режиме
5.2.3. Сравнительный анализ моделей комбинированной крепи
5.3. Обоснование выбора рациональной конфигурации зоны упрочнения
5.3.1. Исследование функциональной роли облицовочной оболочки
5.3.2. Разработка оптимизационной модели и алгоритма ее реализации
5.4. Методика определения конструктивных параметров при инъекционных методах возведения крепи
5.4.1. Исследование влияния геометрических параметров
зоны упрочнения
5.4.2. Исследование влияния горно-геологических факторов
5.4.3. Графическая интерпретация и подбор аппроксимирующих зависимостей
Выводы
6. ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ КРЕПИ С ТАМПОНАЖНЫМ МЕЖРАМНЫМ ОГРАЖДЕНИЕМ
6.1. Разработка конструкции крепи
6.1.1. Тенденция развития крепления выработок арочной металлической крепью
6.1.2. Конструкция крепи
6.2. Анализ методов расчета рамных и монолитных крепей
6.2.1. Статический расчет
6.2.2. Прочностной расчет
6.3. Обоснование расчетной схемы и способа оценки несущей
способности крепи
6.3.1. Разработка расчетной схемы крепи

стей тампонажа горных пород под давлением и оптимизацию ее параметров.
4. Отсутствуют конструкции и технология возведения изолирующих оболочек вокруг выработок, под защитой которых возможно проведение инъекционных работ.
5. Существующие рекомендации по технологии инъекционного упрочнения в силу недостаточной обоснованности параметров упрочненного массива не позволяют рассматривать ее как самостоятельный способ крепления выработок.
В целом вышеизложенное позволило сформулировать цель и задачи исследований.
Цель работы - обоснование параметров технологии крепления капитальных выработок на основе инъекционного упрочнения массива горных пород, обеспечивающих устойчивость и снижение трудоемкости поддержания выработки.
Задачи исследований:
-установить влияние инъекционного давления на физикомеханические свойства инъекционных растворов с вяжущим в виде цемента и его заменителей;
-определить закономерности изменения физико-механических свойств упрочненных горных пород в условиях действия инъекционного давления;
-оценить влияние инъекционного упрочнения на несущую способность массива горных пород;
-обосновать конструктивные параметры крепи, использующей несущую способность упрочненного массива;
-обосновать конструктивные параметры металлической крепи с там-понажным межрамным ограждением;
-разработать технологические схемы крепления капитальных выработок на основе инъекционного упрочнения массива горных пород.