Обоснование и разработка методики расчета крепления сталеполимерной анкерной крепью горных выработок для условий многолетней мерзлоты

• Автор: Васильев, Сергей Дмитриевич
• Шифр специальности: 25.00.22
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 117 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Обшая характеристика работы

Глава 1. Состояние изученности вопроса

1.1. Краткая характеристика условий области многолетней мерзлоты

1.2. Особенности подземных горных работ в условиях многолетней мерзлоты

1.3. Опыт применения анкерной крепи в условиях многолетней мерзлоты

1.4. Расчетные методы определения параметров анкерной крепи

2. Анализ конструкций применяемой сталеполимерной анкерной крепи, способов ее установки и закрепляющих составов

2.1. Общие положения

2.2. Конструкции и характеристики анкерной крепи, применяемые на шахтах и рудниках РФ
2.3. Рациональные параметры технологического регламента установки анкеров в шпурах
2.3.1. Ампулы с химическим скрепляющим составом
2.3.2. Ампулы с минеральным скрепляющим составом
2.4. Результаты шахтных испытаний анкерных крепей в различных горно-геологических условиях
2.4.1. Сталеполимерные анкеры из проката периодического профиля
2.4.2. Сталеполимерные анкеры из проката винтового профиля
Выводы по главе
Глава 3. Исследования влияний специфики условий многолетней мерзлоты на адгезию полиэфирных смол
3.1. Общие положения
3.2. Исследования влияния влажности и агрессивности среды на ад-

гезию сталеполимерных анкеров
3.2.1. Методика исследований
3.2.2. Результаты исследований адгезии сталеполимерных анкеров
3.3. Исследование влияния замораживания - оттаивания ампул с полиэфирными смолами на их адгезию
3.4. Исследования влияния отрицательной температуры пород на адгезию сталеполимерного анкера
3.5. Исследования влияния времени с момента закрепления сталеполимерных анкеров до их испытания на несущую способность
3.6. Исследование влияния времени от обнажения кровли до установки сталеполимерной анкерной крепи на устойчивость выработки
3.6.1. Общие положения
3.6.2. Методика моделирования
3.6.3. Результаты моделирования
Выводы по главе
Глава 4. Разработка рекомендаций по креплению выработок стале
полимерной анкерной крепыо.
4.1. Типизация горных выработок по горнотехническим и геомехани- 91 ческим условиям их эксплуатации.
4.2. Основные расчетные положения
4.3. Влияние оттаивания многолетнемерзлых пород на выбор крепи 95 горных выработок.
4.4. Методика расчета параметров сталеполимерной анкерной крепи
4.5. Крепление боков выработок
4.6. Примеры расчета паспортов крепления выработок сталеполимер- 104 ной анкерной крепыо в условиях шахты «Нагорная».
Заключение
Список использованных источников

Общая характеристика работы.
Актуальность работы
Анкерная крепь, состоящая из анкеров, устанавливаемых и закрепляемых в пробуренных в кровлю и бока выработок скважинах, опорных элементов для анкеров и межанкерной затяжки пород на контуре, в отличие от металлических рамных и других поддерживающих крепей, сразу же после установки осуществляет связывание и упрочнение массива в кровле и боках и активно противодействует развитию их смещений и разрушений. Это преимущество позволяет при значительно меньшем расходе металла обеспечить повышение устойчивости и надежности поддержания выработок. Другим преимуществом анкерной крепи является возможность полной механизации крепления, в результате чего значительно снижается трудоемкость проходческих работ и возрастает скорость проведения выработок. Как показал мировой опыт (США, Англия, Австралия, ЮАР, Германия и др.) эффективное и надежное крепление и поддержание одной анкерной крепью капитальных и подготовительных выработок и сопряжений шириной до 8-9 м в условиях залегания в кровле слабых трещиноватых пород, на больших глубинах и в различных зонах влияния очистных работ, может быть обеспечено при применении анкеров, закрепляемых частично на длине более 0,5 м или по всей длине скважины быстротвердеющими смолами. Несущая способность таких анкеров составляет 1 50-250 кН. Наиболее часто применяемая длина таких анкеров составляет 1,8-3,0 м, которая может быть увеличена в особо сложных условиях специальными анкерами (канатными или составными до 5-ь6 м и более). Основным достоинством сталеполимерных анкеров является практически мгновенное их скрепление с породой (1,5-2 мин.), кроме того, их достоинством является возможность уменьшения диаметра скважин с 42-43 мм до 26-28 мм, что при использовании зарубежного высокопроизводительного оборудования и ампул с быстродействующими смолами позволяет уменьшить расход металла и сократить время бурения и установки анкера до

2) Максимальный шаг крепления
В качестве максимального шага крепления выбирается наименьшая из следующих трех величин:
а) половина длины анкера; б) полторы ширины определяющих структур и потенциально неустойчивых породных блоков; в) 2 м - при шаге крепления более 2 м становится затруднительным подвешивание подхватов и затяжки.
3) Минимальный шаг крепления - 0,9 м. На участках, где плотность трещин высока, а пролет выработки относительно велик, может оказаться целесообразным сочетание двух систем анкерной крепи: длинных мощных анкеров, устанавливаемых с большим шагом для поддержания кровли, и более коротких, менее мощных анкеров, устанавливаемых с меньшим шагом, для сдерживания обусловленных сильной трещиноватостью высыпаний горных пород с поверхности обнажения.
Приведенные эмпирические правила следует воспринимать лишь как общие ориентировочные рекомендации, поскольку выбор параметров крепи для конкретной выработки зависит от многих факторов, таких как свойства массива пород - прочностные и деформационные, напряженное состояние массива, размеры выработки, глубина работ и т.п.
Основой эмпирического подхода к проектированию, который за последние годы получил широкое распространение являются классификации массивов горных пород [80, 81, 82] с использованием такого геомеханическо-го критерия как, так называемый, рейтинг (ШуЖ.) массива. Составлены таблицы классификаций массивов, в которых в зависимости от прочности породы, трещиноватости, структуры и т.п. каждому показателю соответствует определенная оценка в баллах, общая сумма всех баллов и определяет рейтинг массива, численное значение которого используют при расчете параметров крепи. Следует отметить, что этот метод вследствие его трудоемкости и большой неопределенности не нашел распространения при определении параметров крепи на угольных шахтах и рудниках России.