Обоснование и выбор параметров крепи горных выработок в сложных горно-геологических условиях угольного месторождения в районе дельты Красной реки (Вьетнам) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.22, кандидат наук До Куанг Туан

• До Куанг Туан
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук До Куанг Туан

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА

1.1 Краткая характеристика горно - геологических условий разработки угольного месторождения в районе дельты Красной реки

1.2 Опыт крепления горных выработок в сложных

горно - геологических условиях

1.2.1 Монолитные бетонные и железобетонные крепи

1.2.2 Сборные железобетонные и бетонные крепи

1.2.3 Металлические крепи

1.2.4 Крепь из бетонных блоков и железобетонных тюбингов

1.2.5 Анкерная крепь

1.2.6 Набрызгбетон

1.2.7 Комбинированная крепь

1.3 Методы определения параметров анкерной крепи

1.4 Цель, задачи и методы исследования

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ВЛАЖНОСТИ, АГРЕССИВНОСТИ СРЕДЫ И ВРЕМЕНИ ОТ ОБНАЖЕНИЯ КРОВЛИ ДО УСТАНОВКИ АНКЕРНОЙ КРЕПИ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ВЫРАБОТКИ

2.1 Исследования влияния влажности и агрессивности среды

на усилия закрепления сталеполимерных анкеров

2.1.1 Методика исследований

2.1.2 Результаты исследований усилий закрепления сталеполимерных анкеров

2.2 Исследования влиния времени с момента закрепления анкеров до их испытания на несущую способность

2.3 Исследование влиния времени от обнажения кровли до установки анкерной крепи на устойчивость выработки

2.3.1 Общие положения

2.3.2 Методика моделирования

2.3.3 Результаты моделирования

2.3.4 Исследование влияния увлажнения на прочность

вмещающих пород

Выводы по главе

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ АНКЕРО - РАМНОЙ КРЕПИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК С ПОРОДНЫМ МАССИВОМ

3.1 Методика моделирования

3.2 Результаты исследований взаимодействия крепи выработок

с породным массивом

3.2.1 Результаты исследований в условиях малых глубин

3.2.2 Результаты исследования комбинированной крепи

на специальном кольцевом стенде в условиях больших глубин

Выводы по главе

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОВЕДЕНИЯ И РАСЧЕТ КРЕПЛЕНИЯ КАПИТАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

4.1 Разработка технологии проведения

4.2 Методика расчета параметров комбинированной крепи, состоящей из анкерной и рамной податливой крепи

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование и выбор параметров крепи горных выработок в сложных горно-геологических условиях угольного месторождения в районе дельты Красной реки (Вьетнам)»

Актуальность работы.

В настоящее время добыча угля на большой глубине является важной задачей не только во Вьетнаме, но и во многих странах мира. В ближайшее время во Вьетнаме будет добываться уголь в дельте Красной реки на глубине 400-600 м. Запасы месторождения составляют около 250 миллиардов тонн. Для его разработки предполагается строительство современных шахт с объемом добычи 10-25 тыс.т/сут. и более. Условия месторождения Красной реки относится к сложным. Сложность условий определяется большой глубиной, обводненностью пород, слабой их прочностью. На данный момент времени капитальные горные выработки на угольных шахтах как в России, так и за рубежом проводят сечением

Л

16-20 м и более. При этом, следует иметь в виду, что с увеличением сечения горных выработок увеличивается интенсивность проявлений горного давления, а удельная несущая способность применяемых поддерживающих типов крепи, например, рамных металлических из СВП существенно падает. Так при изменении ширины выработки от 4 до 8 м величина проявлений горного давления увеличивается в 2,3 раза, а удельное сопротивление крепи уменьшается 1,64 раза. Попытка увеличить сопротивление крепи за счет изменения ее плотности, не дает необходимого эффекта. Следует отметить, что в последнее десятилетие на угольных шахтах России и за рубежом широкое распространение для крепления выработок большого сечения получила комбинированная крепь, состоящая из сочетаний анкерной сталеполимерной и рамной поддерживающей крепи.

Проблема крепления выработок большого сечения, в том числе в сложных горно-геологических условиях посвящены работы многих ученых. Существенный вклад в решения этой проблемы внесли: Ардашев К.А., Борисов А.А., Протосеня А.Г, Зубов В.П., Долгий И.Е., Трушко В.Л., Рева В.Н., Мельников О.И., Фисенко Г.П., Бажин Н.П., Райский В.В., Заславский Ю.З., Штумпф Г.Г., Калинин С.И. и др.

Трудами этих ученых созданы научные основы крепления выработок в различных горно-геологических условиях, в том числе и в слабых обводненных

породах. Однако, в основном эти работы относятся к креплению выработок поддерживающей крепью или анкерной крепью в относительно крепких (К> 30 МПа) породах. Крепление выработок анкерной и комбинированной анкерно-рамной крепью в условиях слабых обводненных пород изучено недостаточно, как показывает обзор (см. главу 1) в технической литературе насчитываются единицы работ, посвященных данному вопросу. До сих пор практически отсутствуют отраслевые нормативные документы, регламентирующие эти работы.

Практика и проведенный обзор показали, что во многих случаях при установке комбинированной рамно-анкерной крепи ее сопротивление не равно сумме сопротивлений каждой из этих крепей. Оно во многом зависит от прочности пород, конструктивной податливости каждой крепи, времени и очередности ее установки. Кроме того, одним из основных осложняющих факторов при разработке месторождения Красной реки, является обводненность пород, при этом воды могут быть агрессивными. Однако, как показывает обзор, в технической литературе отсутствуют сведения о возможности использования в качестве закрепляющего материала полиэфирных смол в таких условиях. При креплении комбинированной анкеро-рамной крепью, очень важным является время установки анкерной и рамной крепи прошедшее от обнажения кровли до ее крепления, т.к. вследствие того, что смещения кровли развиваются практически сразу вслед за ее обнажением (особенно интенсивно в слабых породах) величины расслоения и смещения пород за этот период могут достичь таких значений, при которых установка анкерной крепи будет мало эффективна.

Диссертационная работа посвященная решению перечисленных вопросов имеет важное научное и практическое значение и поэтому является актуальной.

Проведенный анализ состояния изученности вопроса позволил сформулировать цель, идею и задачи исследований решаемых в данной работе.

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.

Методы исследований. В работе применялся комплексный метод исследований, включающий анализ и обобщение сведений, содержащихся в литературных, фондовых и патентных источниках, моделирование с помощью эквивалентных материалов, лабораторные исследования образцов горных пород, статистическую и аналитическую обработку полученных результатов исследований.

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 «К», 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.

Обоснованность и достоверность научных положений подтвержается представительным объемом испытаний в лабораторных условиях усилий закрепления, с помощью полиэфирных смол анкерных стержней в обводненном породном массиве, отработкой четырех моделей из эквивалентных материалов на плоском и круговом стендах с целью установления закономерностей взаимодействия комбинированных анкеро - рамных крепей с породным массивом. Удовлетворительной сходимостью результатов лабораторных исследований полученных автором и натурных исследований выполненных другими учеными.

Практическое значение работы заключается в:

- обосновании и разработке перспективных технических решений при проведении и креплении выработок, расположенных на большой глубине в угольном бассейне Красной реки - Вьетнам;

- обосновании возможности применения сталеполимерной анкерной крепи в условиях водонасыщенных пород ;

Реализация работы. Результаты работы предназначены для использования при составлении проекта подготовки и отработки угольного месторождения в бассейне Красной реки, а также для составления паспортов крепления капитальных горных выработок на действующих угольных шахтах Вьетнама.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международной научно-технической конференции, симпозиумах и заседаниях, в том числе на заседаниях в ООО «Центре Трансфера Технологий ЕМАО» (Катовице, Польша, 2014 г.); на 21 научно-технической конференции в Ханойском горно-геологическом университете (Ханой, Вьетнам 2014 г.); на 8 Российско-Германском сырьевой конференции, в Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» (Санкт-Петербург, 2015 г.).

Личный вклад автора заключается в постановке задач, разработке методики исследований, в анализе экспериментальных данных и получении новых научных результатов, в разработке технологии проведения и методики расчета параметров комбинированной (анкерно-рамной) крепи для горных выработок в сложных горно-геологических условиях угольного месторождения в районе дельты Красной реки (Вьетнам).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 печатных работы, все -в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации.

Диссертационная работа состоит из общей характеристики работы, четырех глав и заключения, изложенных на 119 страницах машинописного текста, содержит 9 таблиц, 41 рисунок, список литературы из 87 наименований.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА

1.1 Краткая характеристика горно - геологических условий разработки угольного месторождения в районе дельты Красной реки

Угольное месторождение в районе Красной реки (Вьетнам) является месторождением, которое в ближайшей перспективе будет основной угольной базой Вьетнама.

Разведанные запасы угля на месторождении составляют 250 миллиардов тонн. Уголь залегает на большой глубине (первоначальная отработка пластов намечается с глубины 400 м) и представлен свитой состоящей из 20 пластов различной мощности от тонких до мощных.

На рисунке 1.1 показана схема расположения района разведанных запасов угля в дельте Красной реки.

» » Ч]

г Н01 --^^ -ТГГ-.

\ ^ 1 1 ■■ 1 1 V ' ,1 |/н-о V ' :11 V ш ' " 1 : ..... \ Г ■ ч * \ ' н- гм - I 4 ( Г V \ - ч- "Ч

/ V « ■л. ч 1 ■Ч I вит 1)1 ( V ^ Ч™1 ч^Т^С^Т }

" ^ у) '^=.|(Г.-<Г 1 / „*,„, 11 ' У/ ' 1 = -Ч

й? „ „ да

Условные обозначения:

I "-- Железные дороги Площадь разведанных

О Ханой, столица Вьетнама ^ Асфалкг°вые д°р°ги запаяв у™ М Чау

Граница города

ф Города - районные центры ^ Плошадь запасов угля в

Граница района :

* Города-центры коммун £ г дельте Красной реки,

планируемых к отработке

Рассматриваемое месторождение бурого угля характеризуется весьма слабыми водоносными породами. Породы угленосной толщи состоят из конгломерата, песчаника, алевролита, аргиллита и глины. Мощность породных слоев изменяется от 0,5 м до 15 м, иногда до 50 м. Угол падения пластов на основной части месторождения 5 - 150. Пласты в большинстве случаев имеют сложное строение, включают породные прослои, в основном глинистые, толщиной 0,6 - 0,9 м и более. При увлажнении глинистые прослои представляют пластичную массу. Глубина залегания пластов на участке, предназначенном для первоочередной разработки, составляет 160 - 490 м. Угольная свита, состоит из 20 пластов, из которых только пять имеют промышленное значение. В таблице 1.1 представлена характеристика угольных пластов. Как видно, из таблицы средняя мощность пластов, имеющих промышленное значение, составляет 3,23 - 4,68 м. При этом на отдельных участках мощность пластов может увеличиваться до 6,9 - 19,0 м.

Ниже приведены имеющиеся сведения о прочностных, структурных и деформационных характеристиках угля и вмещающих пород этих пластов и их геологические колонки.

Пласт № 3.

Средняя мощность пласта 4,12 м. Угол падения от 50 до 150, глубина расположения 490 м, относительно выдержан по мощности.

Основная кровля пласта она же непосредственная, аргиллит серо - пепельного цвета, мощность 3,79 м. По обрушаемости относится к I типу, неустойчивая.

Почва пласта глина, аргиллит темного - серого, чёрного цвета, с большим содержанием угля мощностью от 0,7 м до 3,19 м. Геологическая колонка пласта № 3 показана на рисунке 1.2.

Пласт № 4.

Угол падения от 50 до 150, глубина 470 м, относительно выдержан по мощности, простого строения.

Таблица 1 - Характеристики угольных пластов

№ п/п Пласт Мощность шт-шах средняя Структура пласта Выдержанность по мощности Замечания

1 19 0,15-0,88 0,48 (9) Простая Очень не стабилен Не имеет пром. значения

2 18 0,20-2,09 0,87(10) Простая Очень не стабилен Не имеет пром. значения

3 17 0,30-9,71 3,96 (19) Относительно сложная Относительно не стабилен Имеет пром. значения

4 16 0,49-1,60 1,03 (9) Простая Очень не стабилен Не имеет пром. значения

5 15 0,19-9,24 4,23 (28) Относительно простая Относительно стабилен Имеет пром. ценость

6 14 0,29-14,29 4,68(36) Относительно простая Относительно стабилен Имеет пром. значение

7 13 0,10-5,10 1,83 (22) Простая Не стабилен Не имеет пром. значения

8 12 0,39-7,68 1,65 (18) Простая Не стабилен Не имеет пром. значения

9 11 0,39-2,79 1,00 (19) Простая Не стабилен Не имеет пром. значения

10 10 0,10-2,49 0,83 (21) Простая Не стабилен Не имеет пром. значения

11 9 0,20-2,41 1,24 (26) Простая Не стабилен Не имеет пром. значения

12 8 0,20 -4,62 1,11 (17) Сложная Не стабилен Не имеет пром. значения

13 7 0,20 -4,14 1,24 (19) Сложная Не стабилен Не имеет пром. значения

14 6 0,10-5,90 1,57 (23) Сложная Не стабилен Не имеет пром. значения

15 5 0,17-2,76 0,86 (13) Простая Не стабилен Не имеет пром. значения

16 4 0,19-6,94 3,23 (35) Относительно простая Относительно стабилен Имеет пром. значение

17 3а 0,69-3,56 1,30 (19) Простая Не стабилен Не имеет пром. значения

18 3 0,29-19,09 4,12 (35) Относительно простая Относительно стабилен Имеет пром. значение

19 2 0,20-3,19 1,02 (20) Относительно простая Не стабилен Не имеет пром. значения

20 1 0,30-5,68 0,96 (14) простая Не стабилен Не имеет пром. значения

Основная кровля пласта песчаник среднезернистый до крупнозернистого, серо - пепельного цвета, в основном состоящий из кварца, кремния, слюды, мощность до 20,92 м, I тип по обрушаемости, II класс по устойчивости, средней устойчивости.

Непосредственная кровля пласта алевролит серо - пепельного цвета, слоистый, в основном состоящий из глины и песчаника, мощностью до 1,89 м, I тип по обрушаемости, I класс по устойчивости - неустойчивая.

Почва пласта аргиллит темного - чёрного цвета, с угольными прослоями, мощностью от 1,39 м до 3,79 м. Геологическая колонка пласта № 4 показана на рисунке 1.3.

Пласт № 14 .

Мощность от 0,29 м до 14,29 м, средняя 4,68 м, угол падения 50 - 150 глубина залегания 201,25 м, выдержан по мощности, простого строения.

Непосредственная кровля пласта аргиллит пепельного цвета, большое содержание углефицированных остатков растений, с прослоем угля, мощность от 0,5 до 1,79 м, I тип по обрушаемости, II класс по устойчивости, средней прочности.

Основная кровля пласта алевролит серо - пепельного цвета, слоистый, местами с прослоями песчаника, мощностью от 4,58 м до 5,68 м, средней прочности, мало обводнен. Песчаник серо - пепельного цвета и бело - серого, в основном состоящий из кварца, кремния, слюды, мощностью до 21,92 м, обводнен, I тип по обрушаемости, II класс по устойчивости, средней прочности.

Почва пласта алевролит серо - пепельного цвета, параллельная тонкая слоистая структура, мощность до 5,98 м, средней прочности, мало обводнен. Песчаник серо - пепельного цвета, тонкозернистый и крупнозернистый, в основном состоящий из кварца, кремния, слюды, мощность до 3,84 м, слабопрочный, обводнен. Геологическая колонка пласта № 14 показана на рисунке 1.4.

Строение толщи

Мощность слоев, м

Описание

Классы пород по устойчивости,

типы по обрушаемости

1,39

0,5

3,79

4,12

0,3

0,7 - 3,19

' ? 5

0,7

0,7

0,7

Уголь ил. За, /= 7,0 - 2,0

Почва пласта пл. 3а: Угольная глина, / = 7,0 - 2,0

Основная кровля: аргиллит серо — пепельного цвета, /= 2 - 4

Уголь, / = 7,0 - 2,0

Почва пласта: Угольная глина, / = 7,0 - 2,0

Аргиллит темного - серого - чёрного цвета, / = 2 - 3

Алевролит, / = 3 - 4

Слабая, неустойчивая

I класс по устойчивости, неустойчивая,

I тип, по обрушаемости,

Склонная к пучению, слабая, неустойчивая

Слабая, неустойчивая

Слабая, неустойчивая, склонная к пучению

песчаник серо - пепельного цвета, / = 4 - 6

Средней прочности

Алевролит, / = 3 - 4

Слабая, неустойчивая, склонная к пучению

Строение толщи Мощность слоев, м Описание Классы пород по устойчивости, типы по обрушаемости

шщ У&веййша 20,92 Основная кровля: песчаник серо — пепельного цвета, / = 4 - 6 I тип по обрушаемости, II класс по устойчивости, средней устойчивости

5,08 Непосредственная кровля: алевролит серо — пепельного цвета, / = 2 - 4 I тип по обрушаемости, I класс по устойчивости, неустойчивая

3,23 Уголь, / = 1,0 - 2,0

X; 1,39 - 3,79 Почва пласта: Аргиллит чёрного цвета, / = 2 - 4 Слабая, склонная к пучению

л, и Ь" Г" ^ ^ Г Аргиллит серо — пепельного цвета,

Ч- -V ^ 2,79 Слабая

-НГГТ /= 2 - 4

Строение толщи Мощность слоев, м Описание Классы пород по устойчивости, типы по обрушаемости

айШ 21,92 Основная кровля: песчаник серо — пепельного цвета, / = 4 - 6 средней устойчивости

3,58 Непосредственная кровля: Алевролит серо — пепельного цвета, / = 4 среднеобрушаемая

1,3 Уголь, /= 1,0 - 2,0

Непосредственная кровля: Алевролит серо — пепельного цвета, / = 4 средней устойчивости

5,68

1,2 аргиллит чёрного цвета, / = 2 - 4 слабопрочный

4,68 1 АО Уголь, /= 1,0 - 2,0

1,69 4,68 аргиллит чёрного цвета, / 2 - 4 Уголь, /= 1,0 - 2,0 слабопрочный

5,98 Почва пласта: Алевролит серо — пепельного цвета, / = 4 средней устойчивости

шш§ щщ Йвй1 3,84 песчаник серо — пепельного цвета, 1= 4 — 6 средней устойчивости

Пласт № 15 .

— Уголь чёрного цвета со смолистым блеском, прочный, нетрещиноватый, не обводнен. Мощность от 0,19 м до 9,24 м средняя мощность 4,23 м. Глубина залегания 139,7 м, выдержан по мощности, относительно простого строения.

Непосредственная кровля пласта алевролит серо — пепельного цвета, слоистый, местами с прослоем тонкозернистого песчаника, мощность от 1,0 м до 1,59 м, средней прочности, мало обводнен.

Основная кровля пласта песчаник серо - пепельного цвета и бело — серого, слоистый, в основном состоящий из кварца, кремния, слюды, мощностью от 5,28 м до 6,97 м, I тип по обрушаемости, II класс по устойчивости средней прочности, обводнен.

Почва пласта алевролит серо — пепельного цвета, параллельная тонкая слоистая структура, мощностью до 2,49 м, средней прочности, мало обводнен. Песчаник серо — пепельного цвета, в основном состоящий из кварца, кремния, слюды, мощностью до 7,07 м, слабопрочный, обводнен. Геологическая колонка пласта № 15 показана на рисунке 1.5.

Пласт № 17 .

Уголь чёрного цвета со смолистым блеском, прочный, не обводнен. Мощность от 0,3 м до 9,71 м, средняя мощность 3,96 м, не выдержан по мощности.

Непосредственная кровля пласта аргиллит серо — пепельного цвета, слоистый, мощностью до 1,59 м, I тип по обрушаемости, I класс по устойчивости, неустойчивая. Основная кровля пласта песчаник серо — пепельного цвета, не слоистый, тонкозернистой и среднезернистой структуры, в основном состоящий из кварца, кремния, слюды, мощность до 36,16 м, II тип по обрушаемости, II класс по устойчивости — средней устойчивости.

слабопрочный, обводнен. Геологическая колонка пласта № 17 показана на

рисунке 1.6.

Строение толщи Мощность слоев, м Описание Классы пород по устойчивости, типы по обрушаемости

5,28 Основная кровля: песчаник серо — пепельного цвета, 1= 4 - 6 I тип по обрушаемости, средней устойчивости

¿<3 л 1,99 Основная кровля: Алевролит серо — пепельного цвета, 1= 4 средней устойчивости

щ 1,59 Алевролит серо — пепельного цвета, 1= 4 устойчивости

шиш

1 6,97 Непосредственная кровля: песчаник серо — пепельного цвета, /= 4- 6 средней устойчивости

1 Г) Алевролит серо — пепельного цвета, средней

1= 4 устойчивости

4,28 Уголь, /= 1,0 - 2,0

2,49 Почва пласта: Алевролит серо — пепельного цвета, /= 4 средней устойчивости

1,3 песчаник серо — пепельного цвета, / = 4-6 средней устойчивости

1,25 Алевролит серо — пепельного цвета, 1= 4 средней устойчивости

7,07 песчаник серо — пепельного цвета, 1= 4 - 6 средней устойчивости

Строение толщи Мощность слоев, м Описание Классы пород по устойчивости, типы по обрушаемости

^тт .'.V. : : штш ттт тшш 31,16 Основная кровля: песчаник серо — пепельного цвета, /= 4 - 6 среднеобрушаемая средней устойчивости

1,59 аргиллит чёрного цвета, 1= 2 - 4 слабопрочный

- _ _

1,0 Уголь, / = 1,0 - 2,0

2,79 аргиллит чёрного цвета, 1= 2 - 4 слабопрочный

4,48 Уголь, /= 1,0 - 2,0

Л'- ■ ,: : ^г--: . -■■ ' .. у ь-■".«,,,

14,74 Основная кровля: песчаник серо — пепельного цвета, /= 4- 6 средней устойчивости

Рисунок 1.6 - Геологическая колонка пласта № 17

Резюмируя сказанное, следует отметить, что месторождение бурого угля в долине Красной реки представлено свитой сближенных пластов, из которых пять имеют промышленное значение. Это мощные пологие пласты, мощность которых составляет от 3,2 до 19 м. Угол падения пластов 5 - 150, глубина залегания -

160 — 490 м. Вмещающие породы представлены сильнообводненными породами, в основном аргиллитами, алевролитами, глиной реже песчаниками. Породы в большинстве относятся к слабым (/ = 2 — 4) неустойчивым породам. Почвы пластов склонны к пучению. Строение угольных пластов сложное, часто в них встречаются глинистые прослои мощностью 0,6 — 0,9 м и более, которые при увлажнении представляют собой пластическую массу, практически не имеющую прочность. Таким образом, в целом горно — геологические условия месторождения относятся к сложным, расположенным на большой глубине.

Ниже в следующем параграфе приведен опыт крепления горных выработок в условиях аналогичных рассматриваемым, а также состояние изученности вопроса крепления горных выработок в таких условиях.

1.2 Опыт крепления горных выработок в сложных горно - геологических условиях

Анализ горно — геологических условий угольного месторождения в дельте Красной реки показал, что это месторождение со сложными условиями залегания.

Ниже рассмотрен имеющийся опыт крепления горных выработок в таких условиях.

Изучение опыта крепления и поддержания горных выработок в сложных горно — геологических условиях в таких странах как Чехословакия, Бельгия, Канада, ЮАР, Вьетнам [1] а также бывшего Советского Союза позволило при всем разнообразии способов крепления и конструкций крепи выделить наиболее типичные, получившие наибольшее распространение. К ним относятся: монолитные бетонные и железобетонные крепи, сборные железобетонные и бетонные крепи, металлические крепи, крепи из бетонных блоков и железобетонных тюбингов, анкерная и комбинированная составленная из анкеров, металлической рамной крепи и набрызгбетона крепь.

1.2.1 Монолитные бетонные и железобетонные крепи

Монолитным бетоном крепят капитальные выработки, чаще всего сводчатой формы (коробовый свод и прямые стены). Толщину сводов при креплении выработок глубоких горизонтов принимают 20 — 40 см, в зависимости от пролета выработки и прочности пород. На глубоких горизонтах в монолитной бетонной крепи выполняют «пояса» податливости.

Основными недостатками монолитной бетонной крепи являются: слабое противодействие концентрированным неравномерным нагрузкам по периметру крепи, незначительное сопротивление растягивающим напряжениям, большая стоимость и трудоемкость работ, невозможность совмещения операций по проведению выработок и возведению крепи.

В настоящее время для механизации трудоемких процессов созданы высокопроизводительные бетоноукладчики различных конструкций, которые позволяют полностью механизировать процесс укладки бетона, что резко повышает производительность труда по возведению крепи.

Все технологические схемы крепления выработок бетоном различаются между собой в основном способом транспортирования смесей к месту их укладки и способом укладки [2].

В капитальных выработках, проведенных в неустойчивых породах с интенсивным проявлением горного давления, применяют монолитные железобетонные крепи. В качестве гибкой арматуры используют сталь периодического профиля диаметром от 8 до 25 мм, а в качестве жесткой арматуры — спецпрофиль, двутавровый профиль № 12 — 27 или рудничные рельсы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук До Куанг Туан, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кузьмин С.В. Опыт крепления горных выработок в сложных горно -геологических условиях на угольных шахтах Вьетнама // Кузьмин С.В., До Куанг Туан / Маркшейдерский вестник: Гипроцвемет. - 2014. - № 4. - С.9-11.

2. Заславский Ю.З., Киндур В.П., Лопухин Е.А и др. Бетонная крепь, технология и механизация ее возведения. Донецк, «Донбасс» 1973, 182 с.

3. Махарадзе М. Н. Сборная железобетонная крепь для горных выработок. М., «Наука», 1966, 96 с.

4. Гелескул М.Н. Разработка и исследование новых сборных железобетонных крепей ИГД им. А. А. Скочинского, 1965, 39 с.

5. Кузнецов К.К., Бойков Б.А., Желиковский В.К. и др. Применение сборного железобетона для крепления горных выработок. М., ЦНИЭИуголь, 1970, 56 с.

6. Гелескул М.Н., Хорин В.Н., Киселев Е.С. и др. Справочник по креплению горных выработок. М., «Наука», 1972, 368 с.

7. Унифицированные типовые сечения горных выработок с металлической крепью из взаимозаменяемого шахтного профиля при сеткатке в вагонетках емкостью 1-4 м . Киев, «Будивельник», 1972, 415 с.

8. Борисов А.А. Новые методы расчета штанговой крепи. М., Госгортехиздат, 1962, с 125.

9. Уве Райнэке. Проходка штрека прямоугольного сечения с применением анкерной крепи. Глюкауф, 1998, с. 11 -14.

10. Лангханки Б. Проектная концепция повторного использования штрека прямоугольного сечения с анкерной крепью. Глюкауф, 2002. № 1. с.11-17.

11. Борисов А.В., Вернигор В.М., Долоткин Ю.Н. и др. Анкерная крепь для поддержания сопряжений выработок с лавой / Безопасность труда в промышленности, 1998, № 10, с. 12-14.

12. Ержанов Ж.С., Айталиев Ш.М., Шилкин П.И. О принципах выбора расчетной схемы набрызгбетонной крепи. В кн. «Механические процессы в горном массиве». Алма-Ата, АНКазССР, 1969, с.53-60.

13. Лангош У. Проектные основы управления горным давлением комбинированной крепью в пластовых штреках. Глюкауф, 2002, № 1, с. 9-16.

14. Обоснование и выбор конструктивных параметров комбинированной анкеро-металлической крепи с применением податливых анкеров. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. Франкевич О.Г, МГГУ, М., 2000, 16 с.

15. Верхотуров В.С. и др. Проектирование оснащение, технологии и

л

организации строительства выработок большого (20-40 м ) сечения. Вестник Кузбас. гос. техн. университета, 1999 № 3. с.16-19.

16. Добжанский Н.Е., Кожемякин К.Г. Штанговая крепь на Криворожских рудниках. - «Госгортехиздат», 1960, - с. 170.

17. Ковалевич П.А., Пойда А.Г. и др. Анкерная крепь в угольной промышленности. - Кемерово, 1960, - с. 112.

18. Мельников Н.И., Линденау Н.Н. Опыт примннения анкерной крепи.

- «Госгортехиздат», 1959, - с. 137.

19. Применение штангового крепления на рудниках Союза ССР.

- ГосИНТИ, - М., 1960, - с. 117.

20. Вернер Ю.В., Рыбаков Ю.Ю., Генрикс В.И. Проявление горного давления при эксплуатации анкерной крепи в подготовительных выработках.

- «Добыча угля подземным способом». - М., 1970, № 4, - с. 23 - 24.

21. Гелескул М.Н., Мельников Н.И., Трушин В.С. Опыт примннения анкерной крепи на угольных шахтах. - М., ЦНИЭПУголь, 1971, - 20 с.

22. Мельников Н.И., Кознукин Н.В. Надёжность закрепления анкерной крепи в породах. - «Добыча угля подземным способом». 1971, № 10,

- с. 19 - 20.

23. Толпакороев А.Г. К расчёту параметров анкерной (штанговой) крепи. - «Уголь», 1962, № 1, - с. 18 - 22.

24. Галкина Н.Г., Либерман Ю.М. О возможном механизме расслоения пород в окрестности одиночной подготовительной выработки. - «Научные сообщения ИГД им. А.А. Скочинского», вып. 86, 1971, - с. 20 - 24.

25. Кравченко Г.И. Исследование работы штанговой крепи в лабораторных и производственных условиях. - Сб. «Внедрение штангового крепления в горной промышленности». - ГосИНТИ, 1960, - с. 85.

26. Юст Ф. Штанговая крепь в качестве основной и вспомогательной крепи выемочных штреков. - «Угольная промышленность». Киев, 1962, №19, с. 17-25.

27. Пяткин А.М. Применение штанговой крепи. - «Угольная промышленность». Сб. №3. - 1962, с. 15-18.

28. Практика применения штанговой крепи в горной промышленности. - ГосИНТИ. - М., 1962, с. 113.

29. Гелескул М.Н., Мельников Н.И., Заслов В.А. Проблемы внедрения штанговой крепи. - «Горной журнал», М., 1970, №3, с. 28-29.

30. Мельников Н.И. Совершенствование и опыт применения анкерной крепи. - М., ЦНИЭИУголь, 1977, с. 32.

31. Опыт применения анкерной крепи на шахтах. - Материалы Всесоюзного семинара в г. Новокузнецке. - М., ЦНИЭИУголь, 1971, с. 140.

32. Протодьяконов М.М. Давление горных пород и различное крепление. - Ростехиздат, 1930, с. 175.

33. Цимбаревич П.М. Механика горных пород. - ОНТИ, 1934, с. 155.

34. Тимофеев О.В. Методы расчета замков механических клинощелевых штанг. - Зап. ЛГИ им. Г.В. Плеханова, т. XLVIII, вып. 1. - Госгортехиздат, 1963, с. 29-33.

35. Горбачёв Г.Ф., Штумпф Г.Г., Стрыгин Б.Н. Применение анкерной крепи в подготовительных выработках. Наука, Новосибирск, 1972, с. 295.

36. Крипнер Э. Анкерная крепь очистных и подготовительных выработок. - Сб. «Шахтная металлическая крепь». - Госгортехиздат, 1959, с. 187.

37. Семевский В.Н., Волжский В.М., Тимофеев О.В. и др. Штанговая крепь. «Недра», М., 1965, с. 327.

38. Строшин Б.Н. Влияние натяжения штанг на расслоение пород кровли очистных камер сланцевых шахт. - «Горный журнал», 1962, №5, с. 13-17.

39. Широков А.П. К вопросу определения параметров анкерной крепи.

- «Уголь», 1957, №9, с. 12-14.

40. Donglas T.N., Arthur L.Y. A guide to the use of rock reinforcement in underground excavations. Construction Industry Research and Information Association Report. London, 101, 1983, p. 173-176.

41. Hock E., Brown E.T. Empirical strength criterion for rock masses. J Geotechn. Engng. (ASCE), 1980a V 106 (GT-9), p. 1013-1035.

42. Bieniawski Z.T. Rock mechanics design in mining and tunneling. Rotterdam: Balkema, 1984, p. 253.

43. Бадтиев Б.П. Обоснование и разработка технических решений по обеспечению устойчивости подготовительных выработок в предельно-напряженном блочном массиве рудников Талнаха. - Дисс. канд. техн. наук.

- СПб., ВНИМИ, 2001 г.

44. Тропп Э.А., Розенбаум М.А., Рева В.Н., Глушихин Ф.П. Зональная дезинтеграция породы вокруг горных выработок на больших глубинах. - ФТИ им. А.Ф. Иоффе АН СССР. Препринт, № 976, 1985, - 34 с.

45. Шемякин Е.Н., Фисенко Г.Л., Курленя М.В. и др. Зональная дезинтеграция горных пород вокруг подземных выработок. Данные натурных наблюдений. - ФТПРПИ, 1986, №3, с. 13-15.

46. Глушихин Ф.П., Шклярский М.Ф., Рева В.Н. и др. Новые закономерности разрушения горных пород вокруг выработок. - «Шахтное строительство», 1986, № 2, с. 11-14.

47. Ерофеев Л.М., Мирошникова Л.А. Применение комбинированной анкерно-металлической крепи. Обзор. М., ЦНИЭПУголь, 1982, - 32 с.

48. Инструкция по применению и проектированию комбинированной анкерно-металлической крепи конструкции Кузнецкшахтостроя (АМК), Кемерово, 1982, - 66 с.

49. Калашников А.Н., Солодкин А.В. Исследование работы рамно - анкерной крепи в условиях несимметричной нагрузки. - Изв. вузов. «Горный журнал», 1997, № 1-2, с. 17-21.

50. Корнилков М.В., Краев Ю.К. Особенности применения рамно - анкерной крепи в породах различной категории устойчивости.

- «Известия Уральского горного института». Сер. - «Горное дело». 1993. Вып.3. - с. - 44 - 48.

51. Методическое руководство по проектированию и расчёту крепи горно - капитальных выработок угольных шахт. - СПб, ВНИМИ, 2005.

- С. 81.

52. Г.Д. Задавии, Г.И. Коршунов, В.М. Шик. Крепление подготовительных выработок канатными анкерами. - СПб - Воркута, 2007. - С. 199.

53. Отчёт по НИР «Обоснование и разработка расчётных методов определения параметров анкерной крепи и их опытно - промышленное опробыванние для условий: широких выработок и сопряжений, анкеров глубокого заложения»/ Научн. руководитель докт. техн. наук, проф. С.И. Калинин, г. Прокопьевск, 2008 г., - С. 200.

54. Лупий М.Г., Баклушин Ю.И., Ануфриев В.Е. и др. Опыт применение канатных анкеров в качестве крепи усиления демонтажных камер и выработок поддерживаемых на границе с выработанным пространством и методика расчета их параметров. - Кемерово, Институт угля и углехимии, 2008 г.,

- с. 220.

55. Отчёт по НИР «Отдельные положения к проекту «Инструкции по расчёту и применению анкерной крепи на шахтах Кузбасса»/ Научн. руков. докт. техн. наук, проф. Калинии С.И., г. Прокопьевск, КузГТУ, - 2008 .

- С. 200.

56. Дик Я.Г., Кейрович Е.Н. Повышение устойчивости горных выработок. - «Уголь», 1984, № 4, - с. - 26 - 27.

57. Касьян Н.Н., Клюев А.П., Сивохин В.И. Системная установка анкерно-рамной крепи в подготовительных выработках. - Изв. вузов. «Горный журнал», 1991, № 3, - С. 50 - 54.

58. Клюев А.П. Опыт применения комбинированной анкерно - рамной крепи. - Донецк, ЦБНТИ Минуглепрома СССР, 1989. - С. 4.

59. Бондаренко Ю.В., Соловьёв Г.И., Захаров В.С. Изменение деформаций контура кровли выемочной выработки при использовании каркасной крепи усиления. - «Известия Донецкого горного института», 1999, № 1. - С. 66 - 70.

60. Беликов В.В. Эффективные средства и технологии поддержания выемочных подготовительных выработок в сложных горно - геологических условиях. - «Уголь», 2006, № 7. - С. 19 - 21.

61. Ефимов А.И., Маланченко В.М., Климук И.В. и др. Внедрение новых технологий крепления горных выработок на рудниках Заполярного филиала ОАО «ГМК « Норильский никель»». - «Горный журнал», 2005, № 2.

- С. 18 - 25.

62. Инструкция по расчёту и применению анкерной крепи на угольных шахтах России. - С-Пб, ВНИМИ, 2000 г., - с. 70.

63. Руководство по проектированию подземных горных выработок и расчёту крепи. - «Стройиздат», М., 1983 г., - с. 272.

64. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. - Л., ВНИМИ, 1986 г., - с. 220.

65. Инструкция по выбору рамных податливых крепей горных выработок. - СПб, ВНИМИ, 1991 г., - с. 124.

66. Заславский Ю.З., Дружко Е.Б. Новые виды крепи горных выработок.

- М., «Недра», 1989. - 256 с.

67. Фомин Ю.В. Обоснование параметров крепи и поддержания подготовительных выработок в зонах опорного давления на глубоких шахтах/ Дисс. Канд. техн. наук. - М., 1986. - 167 с.

68. Ткачёв В.А. Установление рациональных параметров и области применения анкерной крепи в сочетании с рамными крепями в выемочных штреках/ Дисс. Канд. техн. наук. - М., 1976. - 155 с.

69. Черев Д.А. Выбор параметров рамно-анкерной крепи на основе исследований закономерности изменений внутренних усилий/ Дисс. Канд. техн. наук. Екатеринбург, 2004. - 161 с.

70. Теносе Б., Фосс Х.-В., Мельман В. Штрек с комбинированной крепью на шахте «Эвальд-Хуго». - Глюкауф, 2001, № 1 (2). - С. 28 - 33.

71. Корнилков М.В. Расчёт арочной крепи, усиленной одним анкером.

- «Известия УГГА». - Серия «Горное дело». Вып. 7. - Екатеринбург, 1998,

- с. 89 - 94.

72. Б.П. Агудалин, С.И. Калинин, Е.А. Розумов и др. Рациональные параметры технологического регламента установки сталеполимерных анкеров в условиях шахт Южного Кузбасса. - В сб. «Совершенствование разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом», - Кемерово, КузГТУ, 2006, - с. 82 - 92.

73. Изаксон В.Ю. Определение нагрузок на крепь горных выработок по измеренным смещениям. - Новосибирск, «Наука», 1989. - С. 72.

74. Штумпф Г.Г., Ануфриев В.Е. Способ крепления горных выработок комбинированной крепью/ Патент РФ № 2032078 от 06.02.1992 г. Дата публикации 27.03.1995 г.

75. Шейко А.В Определение оптимальных параметров комбинированной крепи из анкеров и набрызг бетона для Западного Донбасса.

- «Строительство предприятий угольной промышленности». - М., ЦНИЭПУголь. 1978, № 2. - С. 7 - 8.

76. Козел А.М. О работе анкеров в системе крепи. - «Горный журнал», № 11, 2003. - С. 31 - 35.

77. Козел А.М. Деформационная модель работы анкеров с крепью горной выработки подземного сооружения в твёрдом грунте. - В сб. «Метаматематическое моделирование, численные методы и комплексы программ». Вып. 8. СПбГАСУ. - СПб, 2002. - С. 17 - 21.

78. Штефан П.К. Управление горным давлением в подготовительных выработках. - Глюкауф, 2003, № 4. - С. 35 - 38.

79. Отчёт по НИР «Разработка «Инструкции по расчёту и применению анкерной крепи на угольных шахтах Кузбасса»/ Научн. рук. докт. техн. наук М.А. Розенбаум. - СПб, ВНИМИ, 2011, - с. 309.

80. ГОСТ Р 52042-2003 «Крепи анкерные. Общие технические условия». - М., «Госстандарт России». - С. 11.

81. СНиП II-94-90 «Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Подземные горны выработки». - «ГОССтрой СССР». - М., 1982, - с. 30.

82. Кузьмин С.В. Исследование влияния влажности и агрессивности среды на усилия закрепления сталеполимерных анкеров// Кузьмин С.В., До Куанг Туан / Маркшейдерия и недропользование: Геомар Недра. - М. - 2015. -№ 2. - С. 18 - 19.

83. Кузьмин С.В. Исследование влияния увлажнения на прочность вмещающих пород в горно - геологических условиях угольного месторождения в районе дельты Красной реки (Въетнам) // Кузьмин С.В, До Куанг Туан / Маркшейдерский вестник: Гипроцвемет. - 2015. - № 1. - С. 56 - 58.

84. До Куанг Туан. Исследование характера и закономерностей взаимодействия комбинированной крепи горных выработок с породным массивом в условиях больших глубин / До Куанг Туан, С.В. Кузьмин // Маркшейдерский вестник: Гипроцветмет. - 2016. - № 1. - С. 55-57.

85. Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России. Госгортехнадзор, М., 2014. с. 203.

86. Разработка параметров и технологии крепления сталеполимерной анкерной крепью выработок с шириной пролета более 6 м, проводимых в

массиве и зонах влияния горных работ. Отчет о НИР/ПечорНИИПроект/ Руководитель Беесч Е. В., Воркута, 2003. 58с.

87. Борисов А. В. Разработка способов проведения и средств крепления широких выработок в зоне интенсивного проявления горного давления на шахтах Воркутского месторождения. Дис. канд. тех. наук., СПб., ВНИМИ, 2005г., с.130.