Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук,
Санкт-Петербург: Национальный минерально-сырьевой университет
«Горный», 2016. - 119 с.
Специальность 25.00.22 – Геотехнология (подземная, открытая и строительная)
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор М.А. Розенбаум Состояние изученности вопроса
Исследования влияния влажности, агрессивности среды и времени от обнажения кровли до установки анкерной крепи на устойчивость выработки
Исследование характера и закономерности взаимодействия комбинированной анкеро – рамной крепи горных выработок с породным массивом
Разработка технологии проведения и расчет крепления капитальных горных выработок Цель работы обоснование и выбор параметров крепи горных выработок в сложных горно–геологических условиях угольного месторождения в районе дельты Красной реки (Вьетнам).
Идея работы заключается в том, чтобы крепление горных выработок, пройденных в слабых породах, осуществлялось комбинированной крепью, включающей комбинацию анкерной и подпорной рамной крепи, параметры и порядок установки, которых определяются на основе установленных закономерностей взаимодействия пород и крепи.
Задачи исследований:
1. Исследовать влияние влажности пород и агрессивности среды на усилия закрепления сталеполимерных анкеров.
2. Исследовать эффективность работы анкерной крепи в зависимости от первоначальной величины смещений пород кровли в период проведения выработки.
3. Исследовать характер и закономерности взаимодействия комбинированной анкеро–рамной крепи горных выработок с породным массивом.
4. Разработать технологическую схему проведения и методику расчета комбинированной крепи капитальных горных выработок.
Положения, выносимые на защиту:
1. Полиэфирные смолы, применяемые в качестве закрепляющего состава в сталеполимерных анкерах, обеспечивают высокий уровень сцепления с породами в условиях обводненной, агрессивной среды, что позволяет использовать сталеполимерные анкеры в этих условиях.
2. Устойчивое состояние пород кровли при проведении и поддержании капитальных выработок в условиях слабых обводненных пород и большой глубины достигается при применении комбинированной анкеро–рамной крепи, при опережающем сооружении выработки неполным сечением с последующим ее расширением. Обеспечение устойчивости проводимой выработки достигается путем предварительного расчета площади устойчивого обнажения с учетом мощности и прочности каждого из породных слоев кровли на высоту равную ширине проектируемой выработки и по этой величине принимать ширину первоначально проводимой заходки.
3. Несущая способность комбинированной анкерно–рамной крепи обеспечивается суммарным сопротивлением анкерной и рамной крепи, а также эффектом упрочнения приконтурной зоны анкерами. Для обеспечения совместной работы элементов комбинированной крепи необходимо установку рамной крепи производить когда величина смещений заанкерованной кровли достигнет 0,3–0,65 от их предельных значений для анкерной крепи.
Научная новизна работы:
1. Установлены закономерности взаимодействия сталеполимерных анкеров с породным массивом в условиях его водонасыщенности, которые заключаются в следующем:
уменьшении до 50% усилия схватывания полиэфирных смол с увлажненным породным массивом в зависимости от степени минерализации воды;
неизменным во времени (в течение 5 лет) усилия закрепления анкерных стержней в породном массиве;
– зависимости эффективности работы анкерной крепи от величины первоначального смещения и расслоения пород кровли за период от ее обнажения до установки крепи;
– зависимости прочности пород на сжатие от их влажности, при изменении, которой от воздушно–сухого состояния до полного влагонасыщения прочность песчано–глинистых сланцев уменьшается до 50%, а глинистых сланцев до 60–80%.
2. Установлено, что при креплении выработок комбинированной анкеро–рамной крепью за счет эффекта упрочнения приконтурной зоны анкерами, величина смещений кровли на 35–40% меньше, чем при креплении рамной крепью такого же сопротивления. Получен критерий «K», характеризующий эффективность применения различных типов крепи, равный отношению величины смещений кровли в закрепленной выработке к смещению кровли в выработке без крепи. Значение его у рамной крепи равно 0,7–0,45, у комбинированной 0,45–0,3 и у анкерной 0,55–0,4.
3. Установлена зависимость площади устойчивого обнажения кровли при проведении выработки от усредненной мощности ее слоев, на высоту равную ширине выработки и средневзвешенной прочности пород, при этом величина смещений в выработке, в момент ее проведения, шириной 8,0 м в два раза больше, чем в выработке шириной 4,0 м.
Научное значение работы: обоснование закономерностей взаимодействия анкеро–полимерной крепи в условиях обводненных пород и агрессивной среды.
Специальность 25.00.22 – Геотехнология (подземная, открытая и строительная)
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор М.А. Розенбаум Состояние изученности вопроса
Исследования влияния влажности, агрессивности среды и времени от обнажения кровли до установки анкерной крепи на устойчивость выработки
Исследование характера и закономерности взаимодействия комбинированной анкеро – рамной крепи горных выработок с породным массивом
Разработка технологии проведения и расчет крепления капитальных горных выработок Цель работы обоснование и выбор параметров крепи горных выработок в сложных горно–геологических условиях угольного месторождения в районе дельты Красной реки (Вьетнам).
Идея работы заключается в том, чтобы крепление горных выработок, пройденных в слабых породах, осуществлялось комбинированной крепью, включающей комбинацию анкерной и подпорной рамной крепи, параметры и порядок установки, которых определяются на основе установленных закономерностей взаимодействия пород и крепи.
Задачи исследований:
1. Исследовать влияние влажности пород и агрессивности среды на усилия закрепления сталеполимерных анкеров.
2. Исследовать эффективность работы анкерной крепи в зависимости от первоначальной величины смещений пород кровли в период проведения выработки.
3. Исследовать характер и закономерности взаимодействия комбинированной анкеро–рамной крепи горных выработок с породным массивом.
4. Разработать технологическую схему проведения и методику расчета комбинированной крепи капитальных горных выработок.
Положения, выносимые на защиту:
1. Полиэфирные смолы, применяемые в качестве закрепляющего состава в сталеполимерных анкерах, обеспечивают высокий уровень сцепления с породами в условиях обводненной, агрессивной среды, что позволяет использовать сталеполимерные анкеры в этих условиях.
2. Устойчивое состояние пород кровли при проведении и поддержании капитальных выработок в условиях слабых обводненных пород и большой глубины достигается при применении комбинированной анкеро–рамной крепи, при опережающем сооружении выработки неполным сечением с последующим ее расширением. Обеспечение устойчивости проводимой выработки достигается путем предварительного расчета площади устойчивого обнажения с учетом мощности и прочности каждого из породных слоев кровли на высоту равную ширине проектируемой выработки и по этой величине принимать ширину первоначально проводимой заходки.
3. Несущая способность комбинированной анкерно–рамной крепи обеспечивается суммарным сопротивлением анкерной и рамной крепи, а также эффектом упрочнения приконтурной зоны анкерами. Для обеспечения совместной работы элементов комбинированной крепи необходимо установку рамной крепи производить когда величина смещений заанкерованной кровли достигнет 0,3–0,65 от их предельных значений для анкерной крепи.
Научная новизна работы:
1. Установлены закономерности взаимодействия сталеполимерных анкеров с породным массивом в условиях его водонасыщенности, которые заключаются в следующем:
уменьшении до 50% усилия схватывания полиэфирных смол с увлажненным породным массивом в зависимости от степени минерализации воды;
неизменным во времени (в течение 5 лет) усилия закрепления анкерных стержней в породном массиве;
– зависимости эффективности работы анкерной крепи от величины первоначального смещения и расслоения пород кровли за период от ее обнажения до установки крепи;
– зависимости прочности пород на сжатие от их влажности, при изменении, которой от воздушно–сухого состояния до полного влагонасыщения прочность песчано–глинистых сланцев уменьшается до 50%, а глинистых сланцев до 60–80%.
2. Установлено, что при креплении выработок комбинированной анкеро–рамной крепью за счет эффекта упрочнения приконтурной зоны анкерами, величина смещений кровли на 35–40% меньше, чем при креплении рамной крепью такого же сопротивления. Получен критерий «K», характеризующий эффективность применения различных типов крепи, равный отношению величины смещений кровли в закрепленной выработке к смещению кровли в выработке без крепи. Значение его у рамной крепи равно 0,7–0,45, у комбинированной 0,45–0,3 и у анкерной 0,55–0,4.
3. Установлена зависимость площади устойчивого обнажения кровли при проведении выработки от усредненной мощности ее слоев, на высоту равную ширине выработки и средневзвешенной прочности пород, при этом величина смещений в выработке, в момент ее проведения, шириной 8,0 м в два раза больше, чем в выработке шириной 4,0 м.
Научное значение работы: обоснование закономерностей взаимодействия анкеро–полимерной крепи в условиях обводненных пород и агрессивной среды.