Обґрунтування і розрахунок параметрів кріпильної системи виїмкових виробок з урахуванням асиметрії її навантаження

Abstract

Захищаються встановлені закономірності керування станом кріпильних си-стем виїмкових виробок у зоні впливу очисних робіт на базі регулювання проце-сів зрушення заанкерованих приконтурних порід і навантаження рамно-анкерного кріплення за допомогою вибору ресурсозберігаючих режимів роботи анкерів постійного опору. Отримано комплекс розрахункових виразів з прогнозу-вання усіх компонент епюри навантаження по контуру виробки. З використанням існуючих моделей розрахунку рамно-анкерного кріплення виконаний комплекс досліджень з визначення внутрішніх зусиль у рамі залежно від її розмірів, компо-нент епюри навантаження і параметрів установлення анкерів. Установлені залеж-ності піддані багатопараметричній оптимізації на основі критеріїв мінімізації НДС рамно-анкерного кріплення, у результаті чого отримані співвідношення зв'я-зку раціональних параметрів установлення анкерів з гірничо-геологічними й гір-ничотехнічними умовами підтримки виїмкових виробок у зоні впливу очисних робіт. Виявлені закономірності покладені в основу інженерного методу розраху-нку ресурсозберігаючих параметрів рамно-анкерного кріплення. Для реалізації його положень удосконалений метод розрахунку параметрів анкера з розпірним еластичним замком для досягнення необхідного режиму роботи в складі рамно-анкерного кріплення. Розроблені рекомендації пройшли всебічну перевірку при підтримці виїм-кових виробок на шахтах Західного Донбасу. Шахтними дослідженнями встанов-лена стабільна закономірність зниження зближень покрівлі й підошви виробки на 25 – 33%, її боків – на 54 – 65%, що зменшило втрату перерізу в зоні опорного тиску на 26,5 – 37,0%. Для підвищення стійкості виїмкових виробок підтверджена доцільність застосування розроблених рекомендацій з диференційованого поси-лення рамного кріплення анкерами з регульованою деформаційно-силовою хара-ктеристикою, що максимально обмежує негативний вплив опорного тиску попе-ред очисного вибою. Розроблена методика вибору параметрів рамно-анкерного кріплення при-йнята до використання на шахтах ПАТ «ДТЕК Павлоградвугілля» і впроваджена у вигляді нормативно-технічної документації з підтримки виїмкових виробок на пологих пластах Донбасу. Очікуваний економічний ефект від підвищення стійко-сті виїмкових штреків склав 1235 грн на п.м. Основний зміст роботи відображе-ний у 3 монографіях, 3 статтях, 5 доповідях на міжнародних конференціях і 1 технологічному регламенті.

Защищаются установленные закономерности управления состоянием кре-пежных систем выемочных выработок в зоне влияния очистных работ на базе ре-гулирования процессов сдвижения заанкерованных приконтурных пород и на-гружения рамно-анкерной крепи посредством выбора ресурсосберегающих ре-жимов работы анкеров постоянного сопротивления. Обоснован новый подход к прогнозированию нагрузки на крепежную систему в зоне опорного давления впе-реди очистного забоя, сочетающий учет основных расчетных положений дейст-вующих нормативных документов и особенности проявлений горного давления в виде формирования ассиметричной нагрузки в кровле в сторону приближающей-ся лавы, одностороннее опорное давление в рабочем борту выработки и диффе-ренцированные по ее высоте механические характеристики угольного пласта и пород непосредственной кровли и почвы. Получен комплекс расчетных выраже-ний по прогнозированию всех компонентов эпюры нагрузки по контуру выработ-ки. С использованием существующих моделей расчета рамно-анкерной крепи выполнен комплекс исследований по определению внутренних усилий в раме в зависимости от ее размеров, компонент эпюры нагрузки и параметров установки анкеров. Установленные зависимости подвергнуты многопараметрической опти-мизации на основе известных критериев минимизации НДС рамно-анкерной кре-пи, в результате чего получены соотношения связи рациональных параметров ус-тановки анкеров с горно-геологическими и горнотехническими условиями под-держания выемочных выработок в зоне влияния очистных работ. Выявленные за-кономерности положены в основу инженерного метода расчета ресурсосбере-гающих параметров рамно-анкерной крепи. Для реализации его положений обос-нована целесообразность применения конструкции анкера с распорным эластич-ным замком и усовершенствован метод расчета его параметров для достижения требуемого режима работы в составе рамно-анкерной крепи. Разработанные рекомендации прошли всестороннюю проверку при поддер-жании выемочных выработок на шахтах Западного Донбасса. Шахтными исследо-ваниями установлена стабильная закономерность снижения сближений кровли и почвы выработки на 25 – 33%, ее боков – на 54 – 65%, что уменьшило потерю се-чения в зоне опорного давления на 26,5 – 37,0%. Для повышения устойчивости вы-емочных выработок подтверждена целесообразность применения разработанных рекомендаций по дифференцированному усилению рамной крепи анкерами с ре-гулируемой деформационно-силовой характеристикой, что максимально ограни-чивает негативное влияние опорного давления впереди очистного забоя. Разработанная методика выбора параметров рамно-анкерной крепи принята к использованию на шахтах ПАО «ДТЭК Павлоградуголь» и внедрена в виде нормативно-технической документации по поддержанию выемочных выработок на пологих пластах Донбасса. Ожидаемый экономический эффект от повышения устойчивости выемочных штреков составил 1235 грн на п.м. Основное содержа-ние работы отражено в 3 монографиях, 3 статьях, 5 докладах на международных конференциях и 1 технологическом регламенте.

The established control regularities of condition mine workings support system in the zone of influence stope working on the basis of controlling displacement proc-esses of end-anchored marginal rock and loading frame-bolting support by means of choosing resource-saving regime of anchors working constant resistance are defended. The complex calculated expressions by forecasting all components of load intensity diagram, along of the mine working contour have been derived. The researches for de-termination the internal forces in the frame depending on its size, component of load intensity diagram and anchors installation parameters were carried out with using exist-ing calculating models of frame-bolting support. Established dependences are subjected to multiparameter optimization, based on the criteria of minimization mode of deforma-tion frame-bolting support, in the result a correlation constraint rational parameters of anchors installations with geological and mining conditions supporting mine working in the stope influence zone are derived. The revealed regularities are the basis for an engi-neering method of calculation of resource-saving parameters frame-bolting support. For implementation of its states improved method calculation of anchors parameters with the spacer elastic lock to achieve the required working regime composed of frame-bolting support. The developed recommendations have been fully tested during support mine working in Western Donbass mines. The mine researches established stability regular-ity of reduce roof and floor convergence mine working by 25 – 33%, and sides by 54 – 65% that reduced cross-section loss in the zone of abutment pressure by 26,5 – 37,0%. For improving stability of mine workings confirmed the feasibility of the developed recommendations on differential strengthening frame support by anchors with adjustable force deformation characteristic that limits the maximum negative im-pact of abutment pressure ahead of stope. The developed methodology of selection parameters frame-bolting support ac-cepted for use in PJSC “DTEK Pavlogradugol” mines and implemented in the norma-tive-technical standards for support mine workings on flat seams of Donbass. The eco-nomic effect improving stability mine workings expected up to 1235 UAH r.m. The main content of the work is reflected in 3 monographs, 3 articles, 5 papers at interna-tional conferences and 1 technological rules.