Повышение устойчивости присечных выработок, закрепленных арочной металлической крепью: На примере шахт Челябинского бассейна тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.02, кандидат технических наук Гусев, Анатолий Иванович

• Гусев, Анатолий Иванович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гусев, Анатолий Иванович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ И АНАЛИЗ ОПЫТА КРЕПЛЕНИЯ И ПОДДЕРЖАНИЯ ВЫЕМОЧНЫХ ВЫРАБОТОК НА ШАХТАХ ЧЕЛЯБИНСКОГО БАССЕЙНА

1.1 Горно-геологические условия проведения исследований

1.2 Анализ опыта крепления и поддержания выемочных выработок

на шахтах Челябинского бассейна

1.3 Изученность проявлений горного давления в краевых частях пласта

1.4 Условия эксплуатации крепей в присечных выработках, разновидности их конструкций

1.5 Выводы

1.6 Цель и задачи исследования

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ

НА КРЕПЬ ПРИСЕЧНЫХ ВЫРАБОТОК

2.1 Методика шахтных исследований

2.2 Исследование воздействия горного давления на арочную

крепь и механизма ее работы в присечных выработках

2.3 Исследование геомеханических факторов горного давления

в краевых частях пласта

2.4 Выводы

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ КРЕПИ ИЗ СПЕЦПРОФИЛЯ

ПВ

3.1 Результаты стендовых испытаний балок из профиля ПВ и податливых узлов из них

3.2 Результаты шахтных испытаний арочной металлической крепи

из спецпрофиля ПВ

3.3 Выводы

4. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВКИ И ЭФФЕКТИВНОЙ КОНСТРУКЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ АРОЧНОЙ КРЕПИ В ПРИСЕЧНЫХ ВЫРАБОТКАХ

4.1 Обоснование параметров установки крепи в присечных выработках

4.2 Обоснование конструкции арочной металлической крепи

для присечных выработок

4.2.1 Условия прочности замковых соединений в податливых

узлах крепи

4.2.2 Рекомендации по конструкции податливого соединения

4.3 Экономическая эффективность применения методических

и технических решений и

4.3.1 Расчет ожидаемого снижения затрат при дифференцированной плотности установки крепи

по длине присечной выработки

4.3.2 Экономическая эффективность при использовании

для изготовления крепи профиля ПВ

4.3.3 Эффективность применения податливого соединения

с установкой замков в специальные пазы

4.4 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение устойчивости присечных выработок, закрепленных арочной металлической крепью: На примере шахт Челябинского бассейна»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. С переходом к рыночной экономике возросли требования к эффективности работы предприятий. Это в полной мере относится и к угледобывающим предприятиям.

В настоящее время одной из наиболее прогрессивных технологических схем при разработке угольных месторождений подземным способом является бесцеликовая отработка пластов. При такой технологии разработки выемочные выработки проводятся и поддерживаются вблизи выработанного пространства ранее отработанной лавы (вприсечку), в результате чего снижаются потери угля в целиках и удельный объем проведения выработок. Однако условия эксплуатации таких выработок можно отнести к весьма сложным, поскольку они находятся в зонах опорного давления от смежной, ранее отработанной , а затем и собственной лавы.

Перекрепление таких выработок на многих шахтах Челябинского и других бассейнов производится на всю длину еще до ввода в эксплуатацию очистного забоя. При перекреплении расходуются как трудовые, так и материальные ресурсы, и по затратам перекрепление выработок достигает 120% по отношению к затратам на их проведение. Ремонт выработок увеличивает себестоимость добычи на 34%. Кроме того, рабочие операции при перекреплении являются небезопасными, т.к. возможны вывалы и обрушение пород при демонтаже старой крепи.

Таким образом, рациональное с точки зрения технологии решение влечет за собой существенные затраты, связанные с поддержанием присеч-ных выработок. Поэтому повышение устойчивости присечных выработок является актуальной задачей.

Целью работы является повышение устойчивости присечных выработок, закрепленных арочной металлической податливой крепью в слабых породах.

Идея работы. Идея работы заключается в использовании выявленных закономерностей во взаимодействии арочных металлических податливых крепей

с боковыми породами в присечных выработках для повышения их устойчивости.

Объект исследования. Горные выработки угольных шахт.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1. Выявить особенности проявлений горного давления в краевых частях пласта.

2. Установить закономерности воздействия горного давления на крепь присечных выработок.

3. Исследовать особенности работы крепей, изготовленных из шахтных профилей СВП и ПВ.

4. Обосновать эффективную конструкцию крепи для присечных выработок, обеспечивающую повышение их устойчивости.

5. Проверить в производственных условиях эффективность предложенных решений.

Основные научные положения:

1. Арочная металлическая податливая крепь в присечных выработках при поддержании боковых пород испытывает изменение направления преобладающей нагрузки по периметру выработки, при этом силовые характеристики крепи реализуются только на 70-80% от проектных.

2. Коэффициент концентрации напряжений в зоне опорного давления в краевой части пласта уменьшается со временем в интервалах 0,5-2 года, 2-5 и более 5 лет соответственно на 10-14, 15-21 и 22-25%.

Научная новизна работы:

1. Установлены особенности нагружения крепи в присечных выработках, характеризующиеся изменением направления преобладающей нагрузки по периметру выработки.

2. Определены величины снижения коэффициента концентрации остаточного опорного давления в краевой части пласта во времени после отработки смежной лавы.

3. Предложен показатель сложности условий поддержания подготови-

тельных выработок.

Обоснованность и достоверность научных положений:

Достоверность научных положений подтверждается представительным объёмом экспериментальных исследований, проведенных в девяти присечных выработках трех шахт в течение двух лет, и достаточной сходимостью расчётных значений степени сложности условий проведения присечных выработок с данными натурных наблюдений.

Практическая ценность работы:

1. Предложена методика расчета параметров установки крепи в присечных выработках.

2. Для повышения устойчивости присечных выработок разработана арочная металлическая крепь из нового шахтного профиля ПВ с податливыми соединениями, конструктивно обеспечивающими: контакт замка с внешним профилем (стойкой) по желобу фланца, перемещение замков с соответствующими концами профилей, условия равнопрочности замков профиля на изгиб.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы обсуждались на:

□ международной конференции «Управление напряженно-деформированным состоянием массива скальных пород при разработке месторождений полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений» Екатеринбург, ИГД УроРАН, 1996 г;

□ межотраслевом совещании по проблеме «Геодинамическая безопасность при освоении недр и земной поверхности» Екатеринбург, УГГГА, 1997г.;

□ научных семинарах ННЦ ГП ИГД им. A.A. Скочинского и НТЦ-НИИОГР (1995-1998 гг).

Публикации: по теме диссертации опубликовано 5 работ.

Объем диссертационной работы: работа состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 155 страницах машинописного текста, содер-

жит 43 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 105 наименований, и приложения на 38 страницах.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору технических наук Диманштейну A.C.; докторам технических наук, профессорам Галкину В.А., Корнилкову В.Н.; кандидатам технических наук Батурину О.Б., Назаровой Н.Ю., Протасевичу И.И., Мильману Э.Н., Макарову В.П., Белоглазову Ю.А. за методическую помощь при работе над диссертацией, содержательное обсуждение научных положений и технических решений.

1.СОСТОЯНИЕ И АНАЛИЗ ОПЫТА КРЕПЛЕНИЯ И ПОДДЕРЖАНИЯ ВЫЕМОЧНЫХ ВЫРАБОТОК НА ШАХТАХ ЧЕЛЯБИНСКОГО БАССЕЙНА

1.1. Горно-геологические условия проведения исследований

Челябинский буроугольный бассейн расположен в центре крупного

промышленного региона. Вмещающие угольные пласты породы относятся к триасско-юрскому периоду, а по способу накопления - к континентальным осадкам. В процентном отношении слагающие породы угленосной толщи составляют: аргиллиты - 40%, алевролиты - до 30%, песчаники и конгломераты - 25%, угли - 5-15% [1].

Аргиллиты преимущественно слагают почву и кровлю угольных пластов, породные прослойки и межпластовые слои. Прочность их на сжатие составляет 5-30 МПа. Прочностные свойства алевролитов несколько выше, чем у аргиллитов. Песчаники в основном мелкозернистые, часто трещиноватые. Почти повсеместно в песчаниках наблюдается косая слоистость. Прочность песчаника на сжатие 28-40 МПа, реже до 60-80 МПа. В массиве песчаники сравнительно прочные, а при обнажении выработок или воздействии влаги быстро разрушаются. В большинстве случаев песчаники залегают в виде линз небольшой мощности (до 10 м). Конгломераты встречаются очень редко и, как правило, мощность этих слоев не превышает 2-3 м.

В массиве пород наблюдаются многочисленные взаимопересекающие-ся плоскости скольжения, которые понижают устойчивость пород. При увлажнении породы, как правило, размокают и превращаются в вязкую массу. В пределах каждого шахтного поля имеется большое количество геологических нарушений. Угольные пласты имеют значительные колебания по мощности (от 1 до 15м.), залеганию (от пологого до крутого) и разбиты породными прослойками.

В таких условиях, особенно под воздействием очистных работ, происходит интенсивное смещение породного контура выемочных выработок, пучение почвы, деформация и разрушение крепи.

Отличительной особенностью Челябинского бассейна является большая изменчивость пород угленосной толщи, различная степень угленасы-щенности отдельных его площадей и сложное строение угольных пластов.

На рис. 1.1 представлены стратиграфические разрезы угольных пластов, пород кровли и почвы, где в основном сконцентрированы горные работы. Глубина разработки угольных пластов в настоящее время на шахтах находится в пределах от 450 до 650 м. Прочностные характеристики пород по прогнозу развития горных работ в зависимости от глубины их залегания приведены в табл. 1.1 [2].

Таблица 1.1

Изменение прочности пород по глубине их залегания

Угольные районы Челябинского бассейна и действующие шахты Глубина, м Прочность пород на одноосное сжатие, МПа

аргиллит алевролит песчаник

Камышинский 200 5,0 9,0 17,0

(ш."Комсомольская", 400 8,0 20,0 28,0

ш."Капитальная"_^ 600 15,0 24,0 39,0

Копейский 200 5,0 8,0 18,5

(ш. "Красная горнячка" , 400 16,0 24,0 29,0

"Центральная") 600 25,0 33,0 40,0

Коркинский 200 13,0 18,0 17,0

( ш. "Коркинская" ) 400 13,5 19,0 25,0

600 14,0 23,0 31,0

Еманжелинский 200 8,0 7,0 13,0

( ш. "Батуринская" ) 400 9,0 12,0 15,0

600 10,5 17,5 16,0

П.Л. 1*%

и» ».ю

О.50

ар

о,« Ш

к*

/Л

3.50 до —

Г £

/и Л

I ~

А» 1« « Ч

* ¡и

м

МО

-Ш

! »к»

/и

А,вб #,я

1,05

» > |

-I 1 ...1

. »- | »'

23

Заключение диссертации по теме «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», Гусев, Анатолий Иванович

4.4. Выводы

1. Значительное влияние на условия поддержания присечных выработок в течение длительного срока оказывает интервал времени после отработки смежной лавы. В применяемых в настоящее время методиках расчета ожидаемых нагрузок этот фактор учитывается только в первые два месяца.

2. Расчет ожидаемых нагрузок с учетом коэффициента концентрации опорного давления в краевой части пласта, изменяющегося во времени после отработки смежной лавы позволяет более рационально определять параметры установки крепи в присечных выработках.

3. Для обеспечения работоспособности податливого соединения крепи необходимо соблюдение условия равнопрочности применяемых податливых соединений и цельного шахтного профиля на изгиб.

4. Конструкция податливого соединения должна обеспечивать смещение замков с соответствующими концами профилей, для чего планка болтового замка должна контактировать с профилем ПВ по желобу его фланца, а замки - устанавливаться в специальные пазы.

5. Ожидаемое снижение затрат на крепление при использовании методики расчета нагрузок дифференцированно по длине выработок составляет 210 тыс.руб., при использовании крепи из нового профиля ПВ вместо СВП - 740 тыс. руб.

Использование податливого соединения с установкой замков в специальные пазы позволяет получить дополнительный эффект за счет повышения устойчивости выработок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основании выполненных автором исследований изложены научно обоснованные технические и технологические разработки средств и способа повышения устойчивости присечных выработок, закрепленных арочной металлической крепью, что имеет существенное значение для решения важной прикладной задачи обеспечения повышения устойчивости подземных выработок при рациональных затратах на крепление.

Основные научные выводы, результаты работы и практические рекомендации заключаются в следующем:

1. Выработки, пройденные вприсечку к выработанному пространству, эксплуатируются в весьма неблагоприятных условиях их поддержания.

2. Крепь в присечных выработках испытывает не только асимметричный характер нагружения, но и изменяющееся с горизонтального на вертикальное направление преобладающей нагрузки по периметру выработки.

3. Применяемые в Челябинском бассейне арочные металлические крепи, изготавливаемые из специального взаимозаменяемого профиля СВП, не обеспечивают устойчивого состояние присечных выработок, а силовые параметры крепи из-за особенностей проявления горного давления в краевых частях пласта реализуются практически на 70-80 %.

4. В результате стендовых и шахтных испытаний установлено, что балки из нового профиля ПВ прочнее на 2-12 %, а податливые узлы из них - на 15 %, чем балки и податливые узлы из профиля СВП.

5. Шахтные испытания показали, что крепь из профиля ПВ за счёт отсутствия разрывов концов профиля находилась в лучшем состоянии, чем крепь из профиля СВП. Это увеличивает возможность повторного использования её несущих элементов. Кроме того, меньшая величина смещений несущих элементов в податливых узлах крепи из профиля ПВ свидетельствует о ее более высокой несущей способности при работе в податливом режиме.

6. Разработана конструкция податливого узла, предусматривающая перемещение замков с соответствующими концами несущих элементов и обеспечивающая ровное, постоянно нарастающее сопротивление крепи.

7. Установлено, что по окончании активных сдвижений после отработки смежной лавы коэффициент концентрации напряжений в зоне остаточного опорного давления в краевой части пласта продолжает уменьшаться и снижается на 10 -14, 15-21 и 22-25 % в течение, соответственно, 0,5-2, 2-5 и более 5 лет.

8. Уточнена методика определения ожидаемых нагрузок на крепь за счет использования при расчетах коэффициента концентрации напряжений в зоне остаточного опорного давления в краевой части пласта, изменяющегося в зависимости от интервала времени между отработкой смежной лавы и началом проведения присечной выработки. Использование методики позволит обеспечить устойчивое состояние выработок при рациональных затратах на крепление.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гусев, Анатолий Иванович, 1999 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Трушин B.C. Исследование и выбор эффективных видов анкерной крепи для подготовительных выработок, проводимых в слабых породах: Дис. канд. техн. наук. - М., 1971 -156 с.

2. Разработать первую редакцию требований к горнотехническим параметрам рамных и анкерных крепей выемочных выработок для типичных горно-геологических условий : Отчет о НИР/ НИИОГР.- Челябинск, 1979.37 с.

3. Подземные горные выработки. Нормы проектирования: СНиП - 9480. - М.: Стройиздат, 1982. - 26 с.

4. Инструкция по выбору рамной металлической податливой крепи горных выработок. ВНИМИ, Л., 1986. - 50 с.

5. Охрана подготовительных выработок без целиков. Бажин Н.П., Райский В.В., Волков Ю.В. и др.- М.: Недра, 1975. - 296 с.

6. Бажин Н.П., Райский В.В.,Нейман Л.К. Безремонтное поддержание подготовительных выработок при бесцеликовых способах охраны: ОИ./ ЦНИЭИуголь, М: 1982. -44с.

7. Расчёт крепи и охранных целиков подготовительных выработок / Егоров П.В., Клыков А.Е., Курзанцев О.С., Лютенко A.A., Петров А.И. -М.: Недра, 1995. - 126 с.

8. Бажин Н.П. Методология выбора и совершенствования способов охраны и поддержания подготовительных выработок без целиков на основе геомеханических закономерностей // Эффективная и безопасная подземная добыча на базе современных достижений геомеханики: Тез.докл. Международ. конф., Санкт-Петербург. 17-21 июня 1996. - СПб: ВНИМИ, 1996.-С. 211-215.

9. Мельников Н.И., Гнеушев П.И. Рациональное использование металлической крепи // Уголь.- 1987.- №1.- С. 16-17.

10. Мельников О.И. Геомеханическое обоснование планирования гор-ныхх работ в свите пологих пластов // Эффективная и безопасная подземная добыча на базе современных достижений геомеханики: Тез.докл. Международ. конф., Санкт-Петербург. 17-21 июня 1996. - СПб: ВНИМИ, 1996,-С. 142-148

11. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. Издание 2-е дополненное: ВНИМИ, Л., 1986. - 220 с.

12. Горное давление в подготовительных выработках угольных шахт / Давыдович И.А., Бажин Н.П. и др.- М.: Недра, 1971. - 288 с.

13. Борзых А.Ф. Геомеханическое обоснование поддержания проводимых в обрушенных породах кровли полевых подготавливающих выработок // Эффективная и безопасная подземная добыча на базе современных достижений геомеханики: Тез.докл. Международ, конф., (Дополнительный сборник),Санкт-Петербург. 17-21 июня 1996.- СПб: ВНИМИ, 1996.- С. 4547.

14. Инструкция по применению трапециевидной смешанной инвентарной крепи конструкции НИИОГР: НИИОГР. Челябинск, 1985. - 16 с.

15. Дополнение №1 к Инструкции по применению трапециевидной смешанной инвентарной крепи КСИ конструкции НИИОГР: НИИОГР. Челябинск, 1989. - 4 с.

16. Корнилков М.В. Способы повышения несущей способности арочной крепи // Известия Уральского горного института, Екатеринбург, - Выпуск 3, 1993. - С. 47-51.

17. Катков Г.А. Крепление и охрана выработок в сложных горногеологических условиях // Эффективная и безопасная подземная добыча на базе современных достижений геомеханики: Тез.докл. Международ, конф., Санкт-Петербург. 17-21 июня 1996. - СПб: ВНИМИ, 1996.- С. 208-210.

18. Гелескул М.Н., Суворовский Б.М., Потапенко В.А. Работоспособность металлических крепей в выемочных штреках, пройденных вприсечку к выработанному пространству // Уголь.- 1977.- № 5.- С. 34-36.

19. Зорин М.Ф., Давыдов В.В., Харитонов В.Ф., Зорин Г.Л. Опыт разработки угольных пластов и применение горных выработок на шахтах западного Донбасса: ОИ./ЦНИЭуголь. - М., 1986. - 44 с.

20. Заславский И.Ю., Файвишенко А.Г. Исследование геомеханических процессов в подготовительных выработках // Уголь,- 1987.- №6.- С. 17-20.

21. Лисичкин В.Г., Мининберг В.Я., Суворовский В.А. Совершенство-воние конструкций крепи подготовительных выработок // Уголь.- 1984.- № 1,-С. 17-20.

22. Коретников В.Н., Клейменов В.Б., Нуждихин А.Г. Крепление капитальных и подготовительных горных выработок.-М.:Недра, 1989.- 571 с.

23. Гелескул М.Н., Усан-Подгорнов Б.М. Поддержание горных выра-боток.-М.: Недра, 1973. - 256 с.

24. Насонов Л.Н. Механика горных пород и крепление горных выработок. -М.: Недра, 1969. - 330 с.

25. Сироткин Ю.С., Горохов К.И. Оценка напряженного состояния опорных контуров лав // Уголь.- 1986.- № 9.- С. 15-17.

26. Глушко В.Т., Цой Т.Н., Ваганов И.И. Охрана выработок глубоких шахт.- М.: Недра , 1975. - 200 с.

27. Заславский И.Ю., Компанеец В.Ф., Файвишенков, Клещенков В.М. Повышение устойчивости подготовительных выработок угольных шахт.-М.: Недра, 1991.-235 с.

28. Корнилков В.Н., Вандышев A.M., Курамшин P.M. Охрана и поддержание выработок в слабых вмещающих породах на больших глубинах // Изв. вузов. Горный журнал, 1992.- № 9.- С. 46-51.

29. Черняк И.Л., Фомин Ю.В. Методика анализа проявлений динамического опорного давления // Уголь.- 1987.- № 10.- С. 22-25.

30. Снитко A.A., Сироткин Ю.С. Расположение откаточных штреков на больших глубинах при охране их целиками угля // Разработка месторождений полезных ископаемых. -1967. - № 12. - С. 19-21.

31. Тихонова Н.В. Исследование на моделях величины опорного давления.- "Уголь Украины", № 9.

32. Штефан П.К. Несущая способность и деформируемость четырех-элементных податливых арок в выемочных штреках. // Глюкауф.-1990.- № 13/14,-С. 17-28.

33. Корнилков В.Н. Расчёт параметров зоны остаточного опорного давления на первых и нижних слоях мощных пластов с учётом фактора времени // Изв. вузов. Горный журнал, 1978.- № 6.- С.10-16.

34. Летов С.А., Слинкин Б.П., Голотвин А.Д. Снижение вредного влияния целиков в краевых частях при разработке сближенных пластов // Уголь,- 1989.- №2.- С. 45-47.

35. Спроге А.О., Элиманов К.К. К вопросу об устойчивости присеч-ных выработок // Уголь.-1981.- № 10,- С. 43-44.

36. Прохоров Н.И. Прогнозирование величин смещения пород в выемочных штреках // Механика подземных сооружений.-Тула, 1982. - С. 6265.

37. Маврин Б.В., Усков В.М. Проявление горного давления в присеч-ных выработках // Технология добычи угля подземным способом.- 1975.-№ 3.- С. 16-17.

38. Пилевский А.Я., Ковальчук А.Б., Михеев О.В. Исследование проявлений давления на аналогах присечных выработок // Технология добычи угля подземным способом.- 1973.- № 11.- С. 14-15.

39. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. - Л.:ВНИМИ. - 1986290 с.

40. Проект Р 820-139-1-2. Сечения горных выработок, закрепленных металлической податливой крепью арочной и кольцевой формы из взаимозаменяемого профиля для условий Челябинского бассейна. - Челябинск: НИИОГР, 1989. - 158 с.

41. Инструкция по выбору рамных податливых крепей горных выработок. Изд. 2-ое, переработанное и дополненое. - СПб, НИИ горно механического и маркшейдерского дела.-1991. - 125 с.

42. Руппенейт К.В., Либарман Ю.М. Введение в механику горных пород: - М.: Углетехиздат, 1960.-209 с.

43. Либерман Ю.М. Давление на крепь капитальных выработок. - М.: Наука, 1969- 119 с.

44. Бесцеликовая отработка пластов. Худин Ю.Л., Устинов М.И., Брайцев A.B. и др.- М.: Недра, 1983. - 280 с.

45. Пиньковский Г.С. Увеличение устойчивости горных выработок в сложных горно-геологических условиях // Уголь.- 1984.- № 7.- С. 24-29.

46. Барановский В.И. Влияние природных факторов на выбор способов разработки угольных пластов на глубоких горизонтах.- М.: Госгор-техиздат, 1963,- 180 с.

47. Горное давление в подготовительных выработках угольных шахт.-М.: Недра, 1971.-288 с.

48. Бесцеликовая отработка мощных пологих и наклонных пластов / Корнилков В.Н., Вандышев A.M., Таскаев В.В. и др.- М.: Недра, 1978. -171с.

49. Гелескул М.Н., Усан-Подгорнов Б.М. и др. Исследование проявлений горного давления и разработка научных основ для выбора рациональных способов и средств крепления и поддержания подготовительных выработок." М.: ИГД им. Скочинского, 1976. - 42 с.

50. Фармер Я. Выработки угольных шахт. Пер. с англ.- М.: Недра, 1990.-269с.

51. Разработать проект технического задания на отраслевой стандарт "Крепи металлические, податливые, арочные. Общие технические требования." Отчет о НИР / НИИОГР: №ГР 0109035102; Инв.№ 02870045858.-1987.-27с.

52. Малиованов Д.И., Белан H.A., Тихонюк П.С. Механизация работ при проведении податливых выработок на шахтах ФРГ: ОИ./ЦНИЭИуголь - М., 1982. - 28 с.

53. Применение термически необработанной стали для рудничной крепи / ВЦП,- №11- 46492. - М., 17 е.: 13 ил. - Пер. ст.: Heller W., Flügge J, Naturharter Stahl fur den Grubenansbau. Из журн.: Technische Mitteilungen Forschungsberichte.- 1983. - V41, №1.- P. 31-39.

54. Фосс K.X. 35 лет применения штрековой крепи из термически улучшенных желобчатых профилей // Глюкауф.- 1990.- № 9/10.- С. 19-23.

55. Игнатьев В.И. Проведение подготовительных выработок на шахтах ФРГ//Уголь,- 1984.-№ 12,-С. 54 -55.

56. Гетце В., Крас. Ю., Крепь горизонтальных выработок // Глюкауф.-1981.-№ 18.-20 с.

57. Выбор стальных арочных крепей для выемочных выработок. Design of steel arch supports for zoadwus. Chognet Pierre. C/M Bulletin, 1986 - 79 - № 891 - 88-96 c.

58. Опыт охраны и поддержания капитальных и подготовительных выработок на глубоких шахтах ЧССР/Ардашев К.А., Бажин Н.П., Бесинг-ский Ю.М. и др.- ОИ./ЦНИЭИуголь. - М., 1982. - 28 с.

59. Сечения горных выработок, закрепленных металлической арочной крепью из взаимозаменяемого шахтного профиля для условий Карагандинского бассейна. - Типовой проект 401-11-58.- Караганда: Карагандаги-прошахт, 1970. - 119 с.

60. PN-73/G-15001. Obudowa chodnikow fukami Korut-Kowymi. Odrzwia Symetryczne.

61. Руководство по проектированию подземных горных выработок и расчёту крепи ВНИМИ, ВНИИОМШС Минуглепрома СССР. - М., Стро-издат, 1983 -.272 с.

62. Гелескул М.Н., Каретников В.Н. Справочник по креплению капитальных и подготовительных горных выработок. - М.: Недра 1982 - 479 с.

63. Крепь металлическая арочная податливая.- ТУ 12 УССР-2-2-77.-Донецк: ДонУГИ, 1977.

64. Крепи металлические податливые арочные и кольцевые. - ТУ 12.0173987.005-89 Челябинск: НИИОГР, 1989 - 21 с.

65. Патент РФ № 1627711 Металлическая податливая крепь, от 18.03.88 Макаров В.П., Белоглазов Ю.А. и Ильна И.Б.; 1988.

66. Временная инструкция по применению металлической рамной крепи с усиленными податливыми узлами УП и креплению выемочных выработок, используемых повторно.Челябинск: НИИОГР, 1989 - 15 с.

67. Крепление и охрана подготовительных горных выработок. Тематическая подборка. ЦБНТИ Минуглепрома СССР.; 1991.

68. Нейман JT.K. Геомеханика слабых пород и поддержание выработок // Международная конференция (Дополнительный сборник): Тез.докл. 1721 июня 1996.- ВНИМИ, Санкт-Петербург. 48-52 с.

69. A.c. №1627712 СССР Податливый узел для металлической крепи из спецпрофиля / Макаров В.П., Ильина И.Б., Белоглазов Ю.А., Мининберг В.Я. и Лисичкин В.Г.; 1988.

70. Инструкция по применению усиленных болтовых замков ЗПК для податливой крепи. Челябинск, НИИОГР, 1984.- 12 с.

71. A.c. № 1627711 СССР, Е 21 D 11/ 14. Металлическая податливая крепь / В.П.Макаров, Ю.А.Белоглазов, И.Б.Ильина. - 4с.: 3 ил.

72. A.c. № 1043312 СССР Е 21 D И/14. Металлическая арочная податливая крепь/ Ю.Н.Бессонов, В.Ф.Фотеев,Г.Г.Евграфов. -2 е.: 2 ил.

73. A.c. № 905482 СССР, Е 21 D 11/14. Узел соединения для металлической арочной крепи/ Н.А.Белан. - 2с.: 2 ил.

74. Сечения горных выработок, закрепленных металлической арочной крепью из взаимозаменяемого шахтного профиля.- Типовой проект 401-1158. - Киев: Центральный институт типового проектирования Госстроя СССР, 1972 - 205 с.

75. Сечения горных выработок, закрепленных металлической арочной крепью из взаимозаменяемого шахтного профиля для условий Караган-

дийского бассейна. - Типовой проект 401-11-58.- Караганда: Карагандаги-прошахт, 1970 - 119 с.

76. Сечения горных выработок, закрепленных металлической арочной крепью из взаимозаменяемого шахтного профиля для условий Кузнецкого бассейна.- Типовой проект 401-11-53.- М.: Центрогипрошахт, 1975 -138 с.

77. Крепь металлическая арочная податливая трёхзвенная АП-3000. -ТУ 12.45.38.003-82.- Караганда: Карагандагипрошахт, 1982.

78. Крепи металлические податливые арочные и кольцевые.- ТУ 12.190000.106-86. - Челябинск, НИИОГР, 1986 - 16 с.

79. Временные типовые сечения горных выработок, закрепленных металлической крепью КШПУ (шатровой податливой удлинённой) для шахт западного Донбасса. - Павлодар, 1989 - 46 с.

80. ГОСТ 18662-83. Профили горячекатанные СВП для крепи горных выработок. Сортамент.- М., 1983 - 3 с.

81. Кошелев К.В., Томасов А.Г. Поддержание, ремонт и восстановление горных выработок.- М.: Недра, 1985 - 215 с.

82. Гусев А.И. Повышение безопасности и устойчивости горных выработок // Безопасность жизнедеятельности.: Сборник научных трудов.- Челябинск, ЧГТУ, 1996,- С. 58-61.

83. Проведение и поддержание выработок в неустойчивых породах / Потапенко В.А., Казанский Ю.В., Цыплаков Б.В. и др. - М.: Недра, 1990 -336 с.

84. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарлен Э.В. Основы механики горных пород. Л. Недра, 1989 г.

85. Шпрут Ф. Металлическая крепь подготовительных выработок. М.: Углетехиздат, 1985 - 231 с.

86. Методика контроля состояния металлической рамной крепи подготовительных выработок.- Челябинск, НИИОГР, 1989.- 9 с.

87. Инструкция по применению металлических податливых крепей в капитальных и подготовительных выработках шахт Челябинского бассейна. Челябинск, НИИОГР, 1979 - 68 с.

88. Замки усиленные податливой крепи ЗПК.- ТУ 12.25.102-84.- Челябинск, НИИОГР, 1989.

89. Временная инструкция по применению усиленных клиновых замков ЗК конструкции НИИОГР на металлических податливых крепях из СВП в капитальных и подготовительных выработках шахт ПО "Средазуголь",- Челябинск: НИИОГР, 1988 - 12 с.

90. Отчёт НИИОГР. Создать и внедрить арочную крепь с повышенной вертикальной и боковой податливостью для выработок, примыкающих к очистным забоям.- Челябинск, 1987.

91. Отчёт НИИОГР.Провести поисковые исследования по креплению сопряжений выемочных штреков с очистными забоями, обеспечивающими повышение полноты извлечения и снижение трудоёмкости монтажа и демонтажа метеллической крепи.- Челябинск, 1988.

92. Гусев А.И., Макаров В.П. Проявление горного давления при проведении и поддержании присечных выработок // Материалы X межотраслевого совещания по проблемам геодинамической безопасности.- Екатеринбург: УГГА, 1997.- С. 178-182.

93. Гусев А.И. Воздействие горного давления на крепь присечных выработок в сложных горно - геологических условиях. / Международная конференция по управлению напряженно-деформированным состоянием массива скальных пород при разработке месторождений полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений. "Геомеханика в горном деле - 96". Тезисы докл. -Екатеринбург: ИГД УрО РАН - 1996 - 159-161 с.

94. Мельников Н.П. Металлические конструкции промышленных зданий и сооружений // Справочник проектировщика.- Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам: М - 1962 - 618 с.

95. СССР №1701928 А1. Желобчатый профиль. Макаров В.П., Ильина И.Б., Белоглазова Ю.А., Мининберг В.Я., Лисичкин В.Г. и Крылов И.В.-1993.

96. Курганский A.M., Лисичкин В.Г. Выбор рациональных параметров крепи выемочных выработок увеличенного сечения // Сборник науч. Тр ИГД им. А.А, Скочинского / Совершенствование техники и технологии проведения горных выработок. 1986 Вып. 253, 18-19 с.

97. Бесцеликовая отработка пластов. Худин Ю.Л., Устинов М.И., Брайцев A.B. и др. М.: Недра, 1983.- 280 с.

98. Бурчаков A.C., Гринько Н.К., Кавальчук А.Б. Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых.- М.: Недра, 1978 -536 с.

99. Разработать с учетом особенностей горно-геологических условий, применяемых средств механизации и крепей технологии очистных и подготовительных работ для шахт Челябинского бассейна: Отчет о НИР / Научно - исследовательский и проектно - конструкторский институт по добыче полезных ископаемых открытым способом. - Челябинск, 1993. - 266 с.

100. Маврин Б.В., Усков В.М. Влияние горно-технических факторов на устойчивость присечных подготовительных выработок. Проектирование и строительство угольных предприятий.- Реферативный сборник, 1976 №9-12-13 с.

101. Маврин Б.В., Усков В.М., Чернов И.Е., Сытников H.H. Влияние напряжённости угольного массива на состояние выработок. Технология добычи угля подземным способом., 1976 № 1.- С. 5-6.

102. Гусев А.И. Повышение устойчивости присечных выработок // Вестник диссертационного совета НИИОГР, 1997 - 14-15 с.

103. Макаров В.П., Белоглазов Ю.А., Гусев А.И. Стендовые испытания нового профиля для крепи подготовительных выработок // Вестник диссертационного совета НИИОГР, 1997 - 48-49 с.

104. Провести поисковые исследования по безремонтному поддержанию выемочных штреков на шахтах Челябинского бассейна: Отчёт о НИР (заключительный) НИИОГР: № ГР 01.85.0027806; Инв. № 02870003776. -Челябинск, 1986 - 33 с.

105. Писаренко Г. С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов. Киев. Наукова думка, 1988 - 410 с.

Результаты исследований работы арочной крепи в зоне остаточного опорного давления.

Шахта, выработки/ плотность крепи Параметры податливых соединений Сближение контура выработок, мм Интервал времени между отработкой смежной лавы и началом проведения при-сечной выработки, мес.

Со стороны выработанного пространства Со стороны массива В вертикальном направлении, мм В горизонтальном направлении, мм

Смещение, мм Раскрытие профилей в узлах Смещение, мм Раскрытие профилей в узлах

В верхней части В нижней части В верхней части В нижней части

Количество Ср.вели чина,мм Количество Ср.вели-чина,мм Количество Величина, мм Количество Величина, мм

ш. Капитальная

вент, штрек

№39/1,18 140 18 27,5 2 70 80 - - ю 31,7 450 520 26

вент, штрек

№52/1,18 125 15 20,0 1 45 20 3 7 11 33,5 470 650 25

вент, штрек

№26/ 1,18 77,6 28 25,1 1 30 30,6 4 20 13 27,6 560 900 17

ш. Коркинская

вент, штрек

№64/1,80 104 5 11 7 42 61 3 5 10 43 520 530 13

конв. штрек

№32/ 1,43 129 4 5 5 23 76 7 13 8 45 440 300 13

вент, штрек

№32/ 1,43 207,6 7 7 6 20 119,4 3 6 10 37 150 170 48

конв. штрек н-

№24/1,80 170 14 15 1 27 120 - - 28 52 430 680 14 н- X

т. Центральная 5

вент, штрек с

№112/ 1,18 46 5 22 5 31 32 5 10 12 42 220 235 41

вент, штрек 36 я

№39/1,43 161 3 10 18 32 143 10 18 1 47 350 500 К

И

> ю утберщ^риложение 2 /

Зам. директора НИИОГР

1теров г.

АКТ

стендовых испытаний профиля ПВ22 г.Челябинск jt сентября 1994г. --

Комиссия в составе: \

Макарова В.П. - зав.сектором крепления Белоглазова Ю.А. - ст. научного сотрудника Ильиной И.Б. - научного сотрудника Гиззатуллина P.P.- научного сотрудника Г.усева А.И. - научного сотрудника

составила настоящий акт в том, что она провела'стендовые испытания профиля горячекатаного ПВ22, опытная партия которого была изготовлена в мае 1994 года в сортопрокатном цехе АО ММК. Было прокатано 280 т профиля горячекатаного Ш22 по документации, разработанной ТООТорное бюро" ВТУ 12.025.109-93. Профиль изготовлен из стали марки Стбпс категории 2.'При изготовлении.на' стане 500 до 5-ой клети была использована схема прокатки, применяемая для производства профиля СВП22, на клетях 6,7,8,9 применили схему прокатки для профиля ПВ22, разработанную в ТТ0 СПЗ-1 АО ММК. Опытная прокатка показала достаточную технологичность изготовления профиля ПВ22. -

I. Цель испытания - определение прочности профиля ПВ22 на изгиб, а также определение работоспособности профиля ЯВ22 при работе в податливых узлах на изгиб.

Испытание проводили на специальном стенде, позволяющем создавать для податливых узлов одновременно осевую и поперечную нагрузку ."'При испытании на изгиб пролет между опорами составлял . 1405 мм. Нагрузка создавалась ручными домкратами ДГ0-50, давление измерялось контрольными манометрами типа МКО с ценой деления 2,0 кгсУсм^. Прогиб измерялся металлической линейкой с ценой деления I мм, а деформация профиля - деформометром с базой 700 мм и индикатором часового типа с точностью- 0,1 мм. •

Было испытано пять балок профиля ПВ22 на изгиб сосредоточенной нагрузкой, приложенной в середине пролета. В первых двух балках нагрузка прикладывалась к фланцам профиля (схема I), а в

последующих трех-к днищу профиля (схема 2). Для сравнения приведены результаты таких испытаний балок профиля СВП22, проведенных ранее. Результаты испытаний приведены в табл. I.

Таблица I.

пУн испытания

Тип профиля

Наибольшая нагрузка, кН

Прогиб при наибольшей нагрузке, мм

Наибольший изгибающий момент, кН.м

Схема нагру-жения;

1 - к фланцам

2 - к днищу,

I ПВ22 91,2 58 32,03 I

2 ПВ 22 103,0 48 36,12 I

Среднее 97,1 53 34,07

3 ПВ22 124,0 144 , 43,55 2

4 ПВ22 129,0 148 45,31 2

5 ПВ22 140,0 135 49,17 2

Среднее 131,0 142 46,01

I СВП22 91,7 20 32,21 I

2 СВП22 113,7 23 39,94 I

Среднее 102,7 22 36,07

3 СВП22 144,5 • 66 50,75 2

4 СВП22 137,0 ПО 48,12' 2

5 СВП22 133,4 108 ., 46,85 2

Среднее 138,3 95_. 48,58

Как видно из табл.I,результаты испытаний балок профиля ПВ22 и СБП22 практически одинаковы. При этом прогиб балок из профиля ПВ22 при наибольшей нагрузке больше.

Следует отметить, что отклонения геометрических размеров поперечного сечения профиля ПВ22 от проектных по толщине фланцев и толщине днища составили: минус 0,8 мм и минус 0,7 мм, что превышает допускаемые отклонения. Общая высота фланцев за счет .увеличенной высоты выступов составила 36-37 мм, что на 7-8 мм больше проектных размеров. Для определения работоспособности профиля ПВ22 были проведены также испытания податливых .узлов, собранных из отрезков профиля ПВ22, на изгиб. Узлы перед этим были испытаны на осевую и поперечную нагрузку одновременно. Затем осевая нагрузка снималась и проводились испытания .узлов на изгиб.

Результаты испытаний на изгиб податливых узлов из профиля ПВ22 с замками ЗГЖ 14.00-02 приведены в табл.2. Для сравнения приведены средние результаты проведенных ранее аналогичных испытаний узлов из профиля СВП22; при схеме испытаний I -. приведены средние результаты по двум испытаниям, при схеме 2 - средние ре-

зультаты по девяти испытаниям. Результаты испытаний податливых узлов на изгиб представлены в табл.2.

Таблица 2

п/н испытания

Тип профиля

Наибольпы; Прогиб ¡Изгиба-ая нагр.уз|при наи-|ющий мо-

ка,

кН

большей нагрузке,

мм

}мент .уз-\ ла,

¡кН'м }

Изгибающий момент в опасном сечении, кН'М

Схема на-гружения;

1 - к фла .нцам,

2 - к дни

I ПВ22 194 104 68,14 48,92 I

2 ПВ22 180 95 63,22 45,0 I

Среднее 187 100 65,68 46,96

3 ПВ22 217 159 76,22 56,42 ' 2

4 ПВ22 180 131 63,22 47,7 2

5 ■ ПВ22 209,2 163 73,5 51,78 2

6 ПВ22 201 142 70,60 50,45 2

Среднее 201,8 149 70,88 51,59

Среднее по двум испытаниям СВП22 173,5 60,94 43,55 I

Среднее по девяти испытаниям ~СВП22 198,7 94 69,76 г

Как видно,при работе податливых узлов на изгиб наибольшие нагрузки, изгибающие моменты и прогибы у профилей ПВ22 несколько больше, чем ..у. црофилей СВП22. Причем величина прогибов .у узлов из балок ПВ22 в 1,5-2 раза выше, чем у узлов из балок СВП22.' Это объясняется большей деформативностью профиля ПВ22, а также тем5что внутренний профиль балок ПВ22 не проваливается в корыто наружного профиля и не разрывает конец наружного профиля. Деформации замков ЗПК 14.00-02 при этом не наблюдалось.

ВЫВОДЫ

I. Профиль ПВ22 по своим прочностным показателям соответствует профилю СВП22, а величина прогиба балок профиля ПВ22 выше, чем балок профиля СВП22.

2; Узлы податливости из балок профиля ПВ22 с замками ЗПК 14.00-02 при испытаниях на изгиб работоспособны и обеспечивают достаточную прочность соединения элементов крепи, при этом наибольшая поперечная нагрузка практически одинакова, а прогиб узлов в 1,5-2 раза выше, чем при аналогичных испытаниях узлов из СВП22.

3. Деформации замков ЗГЖ 14.00-02 при испытаниях податли,-вых узлов не наблюдалось.

4. Рамная крепь из профиля ПВ22 с замками ЗПК 14.00-02 может быть рекомендована для шахтных испытаний.

Подписи: В.П.Макаров

АЛЗелоглазов И.Б.Ильина Р.Р.Гиззатуллин А.И.Гусев