Обґрунтування параметрів металевого кріплення з прямолінійними елементами для підвищення стійкості виробок в слабометаморфізованих породах

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА ГІРНИЧА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

УДК: 622.281:2661.5:268.13

Обґрунтування параметрів металевого кріплення з прямолінійними елементами для підвищення стійкості виробок в слабометаморфізованих породах

Спеціальність 05.15.04 - "Шахтне та підземне будівництво"

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Чемакін Володимир Олексійович

Дніпропетровськ 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на шахті "Західно-Донбаська" ДХК "Павлоградвугілля" Міністерства вугільної промисловості України

Захист дисертації відбудеться 28 травня 1999р. о 14-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.04 при Національній гірничійакадемії України (320027, м. Дніпропетровськ, пр. Карла Маркса, 19)

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національної гірничої академії України (320027, м. Дніпропетровськ, пр. Карла Маркса, 19)

Автореферат розісланий 22 квітня 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 08.080.04, д.т.н., с.н.с. А.М. Роєнко

АНОТАЦІЯ

Чемакін В.О. Обгрунтування параметрів металевого кріплення з прямолінійними елементами для підвищення стійкості виробок в слабометаморфізованих породах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.04 - «Шахтне та підземне будівництво». Національна гірнича академія України, Дніпропетровськ, 1998.

Захищаються закономірності зміни поведінки породного масиву навколо виробки з різноманітними видами кріплення, серед якого і шатрове багатоланкове, раціональні параметри металевого кріплення з прямолінійними ланками та залежності для їх визначення, які забезпечують підвищення стійкості виробок за рахунок збільшення кінематичної рухливості кріплення та рівномірного перерозподілу навантажень на нього при зміні напрямку піддатливості по перерізу в вузлах зєднання елементів. Розроблені технічні умови на кріплення АППК. Кріплення пройшло промислові випробування на шахті «Західно - Донбаська», отриманий дозвіл Держнаглядохоронпраці на його виготовлення та застосування на шахтах України.

Ключові слова: гірнича виробка, кріплення, зміщення контура, елементи кріплення, вузли зєднання, напрямок піддатливості, стійкість, ефективність.

породний кріплення металевий

АННОТАЦИЯ

Чемакин В.А. Обоснование параметров металлической крепи с прямолинейными элементами для повышения устойчивости выработок в слабометаморфизованных породах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.04 «Шахтное и подземное строительство». - Национальная горная академия Украины, Днепропетровск, 1998.

Защищаются закономерности изменения поведения породного массива вокруг выработки при различных видах ее крепления, в т. ч. шатровой многозвеньевой крепью, рациональные параметры металлической крепи с прямолинейными элементами и зависимости для их определения, обеспечивающие повышение устойчивости выработок за счет увеличения кинематической подвижности крепи и равномерного перераспределения нагрузок на нее при изменении направления податливости по сечению в узлах соединения элементов. Разработаны технические условия на крепь АППК. Крепь прошла промышленную проверку на шахте «Западно - Донбасская», получено разрешение Госнадзорохрантруда на ее изготовление и применение на шахтах Украины.

Ключевые слова: горная выработка, крепление, смещения контура, элементы крепи, узлы соединения, направление податливости, устойчивость, эффективность.

SUMMARY

Chemakin V.A. Basis of the steel support parameters with rectilinear elements to raise the working stability in the weakmetamorphic rocks - Manuscript.

Bachelor degree dissertation of technical science on the speciality 05.15.04 - Mininq and underqround construction. - The National Mininq Academy of Ukraine, Dniepropetrovsk, 1998.

The alteration regularities of the rock mass behaviour round the working with various kinds of support setting, including Shatrovay multilink support are being defended. Rational parameters of the steel support with rectilineal elements and dependences for their determination that ensure raising of the working stability are being maintained. It's going on at the expense of the increasing working kinetic mobility and even redistribution of the support pressure load with alteration of pliability direction along the cross-section of a roadway in the knots of the elements connection. Technical conditions of the working APPK employing are elaborated. The working has taken testing in Zapadno-Donbasskay mine. The permit of Gosnadzorohrantruda for its manufacturing and its employing in the mines of Ukraine was received.

Key words: mine working, support setting, outline removal, elements of mine working, connection knots, yield direction, stability, efficiency.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В числі найважливіших напрямків забезпечення рентабельності вугледобувних підприємств є задача зниження витрат на проведення і підтримання гірничих виробок. При тривалих строках експлуатації їх стійкість вирішується головним чином за рахунок використання несучої здібності кріплення, біля 90% якого виконується з металевого спецпрофілю. Але конструкції кріплення такі, що можливості прокатних профілів використовуються не в повній мірі із-за недосконалості вузлів зєднання елементів. Це приводе до того, що зараз на шахтах Донбасу біля 40% виробок значно деформовані і до 20% знаходяться в аварійному стані. На великих глибинах видобутку вугілля, чим характеризуються родовища України, проблема забезпечення стійкості виробок загострюється.

Перспективним та ефективним напрямком розвязку задач кріплення і підтримки виробок, що запропонований та інтенсивно розроблюється відомими вченими країни в останні часи, є спрямоване залучення порід в роботу системи «кріплення - масив» та кероване деформування масиву навколо виробки. Реалізація цього напрямку в умовах слабких порід стала особливо реальною при виявленні в геомеханіці закономірності руйнування гірських порід в приконтурній області виробки. В відповідності з нею ефективним розвязком підтримання виробок в слабометаморфізованих породах, характерних для умов Західного Донбасу, є підвищення жорсткості кріплення, обмеження піддатливості на різноманітних стадіях поведінки массиву, досягнення рівномірного перерозподілу зусиль на кріплення від гірського тиску, замкнутість кріплення і т. п. Враховуючи, що в середньому по шахтах Західного Донбасу щорічно потрібно перекріпляти до 4-6 км виробок, необхідно з нових позицій переглянути можливість використання існуючого кріплення і створити нове для зростання строку служби виробок і зниження затрат при їх застосуванні. Таким чином, задача підвищення стійкості виробок в умовах слабометамофізованих порід актуальна і її розвязок має важливе практичне значення.

Мета досліджень. Обгрунтувати і розробити раціональні параметри металевого кріплення для підвищення стійкості виробок та зниження витрат при його застосуванні.

Для досягнення мети необхідно розвязати наступні задачі.

Провести шахтні дослідження поведінки системи «породний масив - кріплення» при різноманітних видах кріплення.

Вивчити стійкість багатоелементного кріплення.

Розробити метод розрахунку параметрів стійкості металевого кріплення з прямолінійними елементами.

Виконати експериментально - промислову перевірку стійкості багатоелементного металевого кріплення.

Провести техніко - економічну оцінку ефективності використання багатоланкового кріплення.

Ідея роботи полягає в використанні кінематичної рухливості і обмеженій піддатливості металевого кріплення з прямолінійними елементами для адаптації його до гірського тиску за рахунок придбання раціональної форми в процесі зміщення контуру.

Основні наукові положення:

1. Використання прямолінійних складаючих кріплення елементів і обмеження їх кількості від 5 до 7 підвищує адаптацію кріплення до гірського тиску та призводить до його рівномірного перерозподілу по контурі перерізу, що зменшує навантаження на стояки кріплення в 2 рази, а вигинні моменти в верхняках на 50%.

2. Жорсткість конструкції кріплення в найбільшій мірі залежить від параметрів зєднувальної планки в вузлах зєднання прямолінійних елементів кріплення: опір кріплення знаходиться в параболічній залежності від товщини планки і в лінійній - від її ширини.

3. Збільшення жорсткості в вузлах зєднання елементів та зміна напрямку піддатливості кріплення по перерізу виробки призводить до зменшення в 2 і більше рази зміщень контуру виробки та співвідношення між горизонтальною та вертикальною їх компонентами, що дозволяє забезпечити необхідні строки міжремонтного експлуатування підготовчих виробок.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Шахтними дослідженнями проявів гірського тиску в виробках, закріплених металевим кріпленням з різноманітними елементами підсилення, а також стендовими випробуваннями визначені головні напрямки підвищення стійкості виробок в слабометаморфізованих породах: обмеження піддатливості кріплення та зміна її напрямку по перерізу виробки.

2. Запропонована розрахункова схема і отримані визначальні залежності для конструктивних параметрів металевого кріплення з прямолінійними елементами, які відрізняються комплексним врахуванням розмірів елементів, жорсткості вузлів їх зєднання, розмірів зєднувальної планки, глибини зони зруйнованих порід та гірського тиску.

Вперше отримані раціональні параметри металевого пятиланкового кріплення з прямолінійними елементами, які забезпечують достатню стійкість виробок в слабометаморфізованих породах, що дозволило скласти на кріплення технічні умови та успішно застосувати його для підтримання підготовчих виробок.

Експериментально визначений і обгрунтований звязок деформування і стійкості багатоелементного кріплення з жорсткостю вузлів зєднання елементів, кінематичною рухливістю конструкції та передачою зусиль на її елементи по перерізу, що дозволило обгрунтувати достовірність теоретичних досліджень та вибрати раціональну конструкцію кріплення.

5. Розроблено, випробувано і впроваджено новий тип металевого кріплення для підтримання виробок в слабометаморфізованих породах (патент України на винахід №20185 А).

Наукове значення роботи полягає в визначенні закономірностей зміни конструктивних параметрів багатоелементного кріплення в залежності від розмірів прямолінійних елементів, жорсткості вузлів зєднання елементів та розмірів зєднувальної планки, розмірів зони зруйнованих порід і глибини ведення гірничих робіт, а також у науковому обгрунтуванні використання металевого багатоелементного кріплення для підтримання виробок в слабометаморфізованих породах.

Практичне значення отриманих результатів полягає в обгрунтуванні, розробці та впровадженні раціональних параметрів металевого кріплення з прямолінійними елементами для підвищення стійкості виробок і зниження затрат при їх підтриманні.

Основні висновки і рекомендації по роботі ввійшли в технічні умови на арочне піддатливе кріплення АППК, виготовлення і використання якого дозволено Комітетом Держнаглядохоронпраці. Кріпленням АППК на шахті «Західно - Донбаська» закріплено більш як 3900 м виробок, економічний ефект складає біля 50 грн на погонний метер.

Особистий вклад здобувача в роботи, що опубліковані в співавторстві, полягає в постановці і виборі методів експериментальних досліджень стійкості металевого кріплення з прямолінійного профілю, аналізі їх результатів, обгрунтуванні необхідності використання та параметрів розробленого кріплення, організації та участі в його випробуванні і впровадженні.

Апробація результатів досліджень. Основні положення і матеріали дисертації доповідалися, обговорювалися та отримали схвалення на 3-й науково-техничній конференції «Маркшейдерское обеспечение горных работ» (Донецьк, 1995); Міжнародній конференції «Эффективная и безопасная подземная добыча угля на базе современных достижений геомеханики» (Санкт-Петербург, 1996); Міжнародній науково-практичній конференції «Проблемы геомеханики в горном деле и строительстве» (Київ, 1996); науково-технічній конференції «Современные пути развития маркшейдерско-геодезических работ на базе передового отечественного и зарубежного опыта» (Дніпропетровськ, 1997); Симпозіумі «Неделя горняка - 97» (Москва, МДГУ, 1997); технічних нарадах ДХК «Павлоградвугілля» (1995 - 1998); міжкафедральному семинарі НГА Украины (1998). Кріплення АППК експонувалося на Міжнародній виставці «Уголь - 98» (Донецьк, 1998).

Публікації. За темою дисертації опубліковані брошура і шість друкованих робіт.

Структура дисертації. Дисертація складається із вступу, пяти розділів, висновків і додатків, містить 143 сторінки машинописного тексту, у тому числі 33 ілюстрації, 21 таблицю, 18 сторінок додатків і список використаних літературних джерел із 89 найменувань.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РАБОТИ

Гірничогелогічні умови залягання вугільних пластів в Західному Донбасі спеціалістами визначаються як надто складні по специфіці гірничих рабіт. Вуглевміщаючі породи з явно вираженою шаруватістю мають низьку міцність (5 -:- 45 МПа), в більшості випадків міцність вугілля (25 -:- 45 МПа) вища міцності порід. В таких умовах, як правило, развивається інтенсивне руйнування порід навколо виробки, що проявляється в значному здиманні і зближенні боків, развитку руйнування в глибину масиву на відстань два і більше діаметра виробки. Традиційне кріплення, яке використовується для підтримання виробок, з переходом гірничих робіт на глибини більше ніж 300 м не можуть повністю забезпечити необхідні, з позицій ефективності ведення гірничих робіт, вимоги по спорудженню і эксплуатації підготовчих виробок.

Аналіз досліджень поведінки системи «масив - кріплення виробки», початок яких відноситься до 30-х років, показує, що в розвиток розрахункових методів і становлення геомеханіки як науки в найбільш складному її напрямку - підтриманні виробок внесли великий внесок багато відомих вчених, перелік яких безмежний. В наш час в достатній мірі разроблені розрахункові методи прогнозної оцінки зміщень контуру виробки і очікуваних навантажень на кріплення в різноманітних умовах, при цьому найбільш переважні емпіріоаналітичні методи, які базуються на достатньо великому обсязі шахтних інструментальних даних. Такий метод в останні роки розроблений і для умов слабометаморфізованих порід (Ю.М. Халимендик), він може успішно використовуватися для отримання вихідних даних при розробці необхідного для забезпечення стійкості виробок кріплення.

Для умов Західного Донбасу вченими науково - дослідних, учбових і проектних інститутів та виробничих організацій Дніпровського регіону розроблені у великій кількості конструкції і способи кріплення виробок, які успішно застосовуються в специфічних умовах більшою частиною для підтримання капітальних виробок. Набутий досвід показує, що перспективним напрямком підвищення стійкості виробок в умовах великих глибин і сформованої зони зруйнованих порід є зростання несучої здібності і жорсткості кріплення, рівномірний розподіл навантажень від гірського тиску по перерізу виробки, що зменшує розвантаження фронту руйнування навколо виробки і обмежує його розповсюдження в глибину масиву. Для задоволення цих вимог на рівні винаходів запропоновані нові типи кріплення, які базуються на зміні кількості елементів і зєднувальних вузлів, зокрема багатоелементні полігональні кріплення. Однак, цей напрямок розвязку задачі підтримання підготовчих виробок в умовах великих глибин на шахтах Західного Донбасу детального розвитку не отримав. У звязку з цим відсутні в достатній мірі дослідження поведінки багатоелементного кріплення при підтриманні виробок і розрахунки їх як несучої конструкції на стійкість, не розроблений розрахунковий апарат конструктивних параметрів. Виходячи з висновків, які отримані за результатами проведеного аналізу, сформульовані задачі досліджень і вибрані методи їх розвязку. Базовим обєктом для досліджень стала шахта «Західно- Донбаська» як підприємство, яке видобуває вугілля в характерних для Західного Донбасу умовах на глибинах 400 - 500 м. На шахті протягом 1990 - 1995 р.р. перекріплено більш як 10 км виробок.

Шахтними дослідженнями поведінки гірського масиву в виробках при різноманітних видах кріплення виявлено, що при традиційному арочному кріпленні типу КШПУ наявність вільної поверхні в грунті і однонаправленість піддатливості приводять до інтенсивного прояву гірського тиску, що приводить до розвитку протягом 2.5 - 3.0 років зміщень до 500 мм із співвідношенням вертикальної і горизонтальної їх складових не менше 5. Втрата стійкості при цьому проявляється в переважному здиманні підошви порід куполоподібної форми з укоріненням кріплення в масив на 150 - 170 мм та зміні висоти виробки до (2.2 - 1.8)м і ширини по підошві біля стояків кріплення до (3.6 - 3.4)м при проектних величинах відповідно 3.5 м и 4.2 м.

Підсилення кріплення стійками-ремонтинами або анкеруванням грунту виробки канатами з використанням шпал як елементів підсилення показало, що при цьому відбувається підвищення несучої здібності кріплення, зменшення в два і більше рази зміщень, але не усуваються всі недоліки по стійкості як технологічного, так і конструктивного характеру (якість виконання заходів, однонаправленість піддатливості та інші), що проявляється в незатухаючому характерові зміщення контуру виробки і зростанні в часі їх швидкості до 1.5 разів.

Позитивні результати отримані при кріпленні виробок металевим кріпленням з прямолінійними елементами (мал.1). Виявлено, що при пятиланковому кріпленні з чотирма вузлами зєднання прямолінійних елементів зміщення контуру виробки зменшуються в 2 - 3 рази, зростає рівномірність деформування, яка відбивається в зменшенні відношення вертикальної до горизонтальної складових зміщень до 3 і менше. При цьому головними напрямками удосконалення кріплення є збільшення його жорсткості і зміна піддатливості по перерізу виробки, які приводять до зменшення в 2 і більше рази здимання в виробці. Перспективи використання такого кріплення не визивають сумніву і дослідження параметрів його стійкості необхідні.

Мал. 1 Кріплення з прямолінійних елементів (а: 1 - репер) і характерні графіки зміщень контуру в закріплених ним виробках (б: 1,2 - станції)

Аналітичні дослідження стійкості металевого кріплення, як багатоланкової стрижневої жорсткої рамної конструкції з симетрією відносно вісі виробки (з допущеннями, встановленими внаслідок шахтних досліджень), дозволили отримати визначальні залежності для критичних навантажень на багатоланкове кріплення:

, (1)

де Е - модуль пружності материалу кріплення; - ширина і товщина зєднувальної планки; l - довжина елементу кріплення; - кут зєднання елементів кріплення.

Параметр визначається із рівняння стійкості кріплення з n елементів

, (2)

де m = 4, 5, 6... при n = 5, 7. 9... и m = 5, 6, 7... при n = 6, 8, 10... (при n = 3,4 = 90, 120).

Кількість установки рам на погонний метр виробки в залежності від гірського тиску і величини зони зруйнованих порід визначається за формулою

(3)

де В - ширина виробки; К - коефіцієнт концентрації напружень гірського тиску;, - обємна вага та щільність порід; Н - глибина ведення гірничих робіт; R - радіус зони зруйнованих порід; Р - зусилля відпору кріплення; q - прискорення вільного падіння.

Формула (1) з врахуванням (2) для полігонального кріплення приймає вигляд

, (4)

Розрахунки показують, що стійкість кріплення і його несуча здатність (при базових середніх значеннях E = 210н/м; = 0.25м; = 0.02м; l = 2м; = 2500 кГ/м; = 2500 кг/м3; q = 10 м/с; B = 4.3м; P = 230кН (СВП - 22); = 135; К = 0.01) звязані лінійною залежністю з шириною зєднувальної планки і параболічною з її товщиною. Зміною цих двох параметрів можна регулювати граничні значення відпору багатоланкового кріплення в діапазоні 150 -:- 400 кН.

Враховуючи, що зміною кількості і довжини елементів кріплення, вузлів їх зєднання можна змінювати форму та переріз кріплення як конструкції, раціональні їх значення, перш за все кількість елементів, є важливим параметром стійкості кріплення. Їх дослідженнями в звязку з рухливістю кріплення, зміною напрямку піддатливості (регульованої кутом між елементами), умовами зєднання елементів в вузлах та загальною стійкістю конструкції встановлено, що число елементів кріплення потрібно обмежувати (мал. 2). Показано, що раціональна кількість елементів, яка забезпечує максимальну несучу здатність кріплення (при інших рівнозначних умовах), знаходиться в діапазоні від 5 до 7 штук із зміною кута зєднання елементів в вузлах від 135 до 160 при зміні довжини елементів від 1.5м до 2.0м. При цьому ними можливо описати практично всі типові перерізи підготовчих виробок.

Мал. 2 Залежність відпору кріплення від кількості прямолінійних елементів

На основі виконаних досліджень із врахуванням залежностей (1) - (3) представлена схема розрахунку раціональних параметрів багатоланкового кріплення і виконаний їх розрахунок для найбільш розповсюджених перетинів підготовчих виробок (табл. 1).

Таблиця 1 Розрахункові параметри кріплення для виробок різноманітних перерізів

Результати числових розрахунків покладені в основу нормативного документу «Арочные податливые крепи АППК (Арочні піддатливі кріплення АППК). Технічні умови ТУ У 05481668. 001 - 97». На виготовлення кріплення АППК і використання його на шахтах України отриманий дозвіл Комітету Держнаглядохоронпраці.

Стендові експериментальні випробування розробленого кріплення виконувалися на спеціальному стенді по випробуванню повнорозмірного кріплення в інституті НДІОМШБ, а промислові - при кріпленні виробок в умовах шахти «Західно - Донбаська» ДХК «Павлоградвугілля».

Стендові випробування показали, що пятиланкове кріплення з двометрових прямолінійних відрізків спецпрофілю, зєднаних в чотирьох вузлах планками під кутом 135 і двома хомутами в кожному вузлі, веде себе як кінематично рухлива конструкція, яка приводить до рівномірного перерозподілу навантажень по перерізу, дозволяє ліквідувати кручення в площині кріплення, зменшити в 1.5 - 2 рази вигинні моменти в шатровій частині і навантаження на стояки кріплення за рахунок зростання його розпору в боки виробки внаслідок зміни напрямку піддатливості по перетину. Зростання до максимуму жорсткості кріплення в одному з вузлів призводить до передчасного його руйнування за рахунок «розкриття профілю», а надмірна піддатливість - до зменшення до 2-х разів несучої здатності. Необхідними умовами забезпечення проектних параметрів кріплення є постійний його контакт з масивом порід по перерізу.

Спостереження за поведінкою кріплення в бортових штреках пласта С показали, що, незважаючи на незатухаючий характер проявів гірського тиску, зміщення контуру протягом 1.5 - 2 років не перевершили величини 150 мм, стійкість виробок зросла в 2 рази і забезпечила експлуатацію їх в межах потрібних строків. При цьому статистично усереднені відхили проектних розмірів перетину виробок склали: по підошві - 60 мм, по висоті - 70 мм.

Кріплення показало високу технологічність в монтажі і демонтажі, порівняно низьку трудомісткість робіт, придатність кріплення після демонтажу на 90% для багаторазового повторного використання.

На шахті «Західно - Донбаська» кріпленням АППК закріплено більш як 3900 м штреків, виробки протягом 1.5 - 3 років знаходяться в задовільному експлуатаційному стані і не потребують ремонту.

Техніко - економічна оцінка використання кріплення порівняно з традиційним арковим кріпленням показала, що економічний ефект від впровадження кріплення складає біля 24 грн, а нових способів підтримання гірничих виробок - біля 50 грн на погонний метр виробки.

ВИСНОВКИ

Дисертація є закінченою науково - дослідною роботою, в якій дається розвязок важливої науково - технічної задачі підвищення стійкості виробок в умовах великих глибин Західного Донбасу, що полягає в обгрунтуванні ефективності використання і розробці раціональних параметрів багатоелементного металевого кріплення для підтримання виробок в зруйнованих слабометаморфізованих породах.

Для розвязку цієї задачі використані методі аналізу та узагальнення науково - технічних досягнень, шахтні і аналітичні дослідження, стендові та промислові випробування стійкості кріплення і закріплених ним виробок з використанням основ механіки гірських порід і підземних споруд, теорії стійкості і моделювання.

Основні наукові висновки і практичні рекомендації, отримані в диссертації, базуються на результатах критичного аналізу методів розрахунку, способів і засобів обмеження і попередження проявів гірського тиску в виробках; інструментальних замірів поведінки системи «кріплення - масив» в виробках по зміщеннях; теоретичних дослідженнях стійкості багатоелементного кріплення як стрижневої системи; стендових випробуваннях повнорозмірного кріплення з прямолінійними металевими елементами і вузлів їх зєднання; промислових випробувань кріплення в шахтних умовах і зводяться до наступного:

В шахтних умовах досліджена поведінка системи «масив - кріплення виробки» при різноманітних видах кріплення і встановлено, що при наявності вільної поверхні в грунті і однонаправленості піддатливості по вертикалі виробки приводять до інтенсивного розвитку зміщень (протягом 2.5 - 3 років до 500 мм) із співвідношенням / 5, при зростанні кількості ланок кріплення і зміні напрямку піддатливості, який задається кутом зєднання ланок кріплення в вузлах, зміщення контуру виробки зменшуються в 2 -3 рази і стабілізуються із співвідношеням вертикальної складаючої до горизонтальної не більше як 3. Підсилення кріплення стійками - ремонтинами або анкеруванням підошви канатами з використанням шпал підвищує несучу здібність кріплення, але не ліквідує зовсім основний недолік - однонаправленність піддатливості і розвиток зміщень в підошві виробки. Отримані дані використані як вихідні при оцінці стійкості багатоелементного металевого кріплення.

В зображенні багатоелементного кріплення моделлю стрижневої рамної системи з симметрією відносно осі виробки отримані аналітичні залежності, що звязують конструктивні параметри кріплення із значеннями критичних навантажень. Встановлено, що стійкість кріплення по несучій здібності звязана лінійною залежністю з шириною зєднувальної планки і параболічною - її товщиною, зміною цих параметрів є можливість регулювати межові значення відпору кріплення від 150 кН до 400 кН.

3. Отримані розрахункові формули для визначення раціональних значень кількості установки рам на погонний метр виробки і кількості елементів кріплення в залежності від його несучої здібності, гірського тиску і навантаження від зруйнованих порід. Встановлено, що вибором кількості елементів кріплення і їх довжини є можливість описати практично всі типові перерізи підготовчих виробок, при цьому раціональна кількість елементів кріплення знаходиться в діапазоні 5 7 штук.

4. За результатами аналітичних досліджень стійкості кріплення і кількісних оцінок представлена схема розрахунку раціональних параметрів багатоелементного кріплення і виконані їх числові розрахунки, які склали основу нормативного документа «Арочные податливые крепи АППК (Арочні піддатливі кріплення АППК). Технические условия ТУ У 05481668.001 - 97».

5. Стендові випробування пятиланкового піддатливого кріплення із спецпрофілю СВП - 22 показали, що зростання вузлів піддатливості і зміна її напрямку під кутом до вісі виробки підвищує кінематичну рухливість кріплення, сприяє рівномірному перерозподілу навантажень, забезпечує несучу здібність по вертикальних навантаженнях до 250кН із збереженням їх не менше як на 80% при досягненні максимуму, зменшує навантаження на стійки кріплення в 2 рази, а в верхняках - в 1.5 рази. Встановлено, що зміною умов і способу зєднання елементів кріплення є можливість змінювати напрямок піддатливості кріплення по перерізу і жорсткість вузлів зєднання, що дозволяє регулювати стійкість кріплення в конкретних умовах його використання.

6. Промислові випробування кріплення доказали його задовільну працездатність. Зміщення контуру протягом 1.5 років не перевищували 150мм, зміна розмірів по підошві склало + 0.06м при проектному 4.4м, а по висоті - + 0.07м при проектному 3.1м, що свідчить про підвищення стійкості виробок.

7. На шахті «Західно - Донбаська» ДХК «Павлоградвугілля» за цього часу кріпленням АППК закріплено більше як 3900м бортових і збіркових штреків. Виробки знаходяться в задовільному стані.

Техніко - економічна оцінка використання кріплення АППК показала, що підвищення стійкості виробок, зниження матеріалоємності кріплення і трудомісткості при монтажі - демонтажі забезпечує економічний ефект в розмірі біля 50 грн на погонний метр виробки (в цінах на 1.01.1998р.) в порівнянні з традиційним арочним кріпленням.

Рекомендації по використанню результатів. Результати роботи згідно з технічними умовами на кріплення АППК і дозволом Держнаглядохоронпраці на його виготовлення і зостосування можливо використовувати на шахтах України, які добувають вугілля в умовах, подібних до умов Західного Донбасу.

СПИСОК ОСНОВНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ РАБІТ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Халимендик Ю.М., Чемакин В.А., Спицын А.Ю. Разработка и внедрение арочной податливой крепи АППК. - Донецк: ЦБНТИ Минуглепрома Украины, 1997. - 57с.

Халимендик Ю.М., Чемакин В.А., Спицын А.Ю. Поддержание горных выработок. - Уголь Украины, 1996, №3. - С. 7 - 9.

Чемакин В.А. Рациональные параметры шарнирно - податливой металлической крепи. - Уголь Украины, 1999, №1. - С. 18 - 19.

Халимендик Ю.М., Чемакин В.А., Спицын А.Ю. Использование прямолинейного профиля для охраны выработок в условиях разрушенного горного массива / Эффективная и безопасная подземная добыча угля на базе современных достижений геомеханики. Материалы Международной конференции. - Санкт - Петербург: ВНИМИ, 1996. - С. 53 - 55.

Халимендик Ю.М., Чемакин В.А., Спицын А.Ю., Южакова Р.А. Использование закономерностей разрушения пород при поддержании выработок / Геотехническая механика. Межведомственный сборник научных трудов. Выпуск 3. - Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 1997. - С.95 - 97.

Халимендик Ю.М., Чемакин В.А., Спицын А.Ю. Повышение эффективности использования спецпрофиля для поддержания горных выработок / Проблемы гидромеханики в горном деле и строительстве. Материалы Международной научно - практической конференции. Киев: Знание, 1996. - С. 75 - 77.

Чемакин В.А. Геомеханическое обоснование усиления крепи для увеличения межремонтного срока эксплуатации выработок / Современные пути развития маркшейдерско - геодезических работ на базе передового отечественного и зарубежного опыта. Сб. Трудов научно - технической конференции. - Днепропетровск: ДГГА, 1997. - С. 275 - 276.

8. Патент 20135 А. Україна. Кл. 5 Е 21 D 11/14, Е 21 D 11/18, Е 21 D 11/22. Арочне податливе кріплення / Ю.М.Халімендик, В.О.Чемакін, А.Ю.Спіцин. Заявлено 23.08.95; Опубл.25.12.97. Бюл. № 6.

Размещено на Allbest.ru