Введение к работе
Актуальность темы. Планы развития горнодобывающей промышленности России на ближайшую и отдаленную перспективу в значительной степени связаны с освоением Сибири и Дальнего Востока. Большие задачи по обеспечению высоких темпов развития ставятся перед золотодобывающей и оловодобывающей промышленностью на базе освоения передовой технологии, применения новой техники и внедрения в практику достижений горной науки.
Ориентация на комплексное использование сырьевых ресурсов, развитие безотходных технологий, а также на сохранение земной поверхности от влияния горных работ при разработке месторождений полезных ископаемых, находящихся в зоне распространения многолетней мерзлоты, предопределяет необходимость увеличения обьемов добычи полезных ископаемых подземным способом. При этом возрастают объемы проведения подземных горных выработок, поэтому вопросы, связанные с рациональным креплением и поддержанием горных выработок, пройденных в многолетнемерзлых породах, приобретают значительный интерес и весьма актуальны.
Использование металлических и деревянных крепей для поддержания горных выработок, пройденных в многолетнемерзлых породах, связано с высокой материалоемкостью, значительной трудоемкостью , трудностью механизированной установки и большими потерями полезного сечения выработок. Кроме того, крепление мерзлых пород, обладающих высокой устойчивостью, крепями большой несущей способности во многих случаях нецелесообразно.
Широкое использование в последнее время самоходного оборудования при разработке россыпных и рудных месторождений Северо-Востока предъявляет к подземным горным выработкам требование обеспечения свободного маневрирования и перемещения самоходной буровой, погрузо-досгавочной и другой техники, что в свою очередь требует применения бесстоечных крепей, не загромождающих горные выработки.
Известно, что одним из направлений снижения затрат на крепление горных выработок, позволяющим повысить технико-экономические показатели разработки россыпных месторождений, является внедрение анкерной крепи. Поэтому диссертационная работа посвящена изучению явлений, возникающих в процессе управления кровлей при подземной разработке россыпных месторождений в многолетнемерзлых горных породах, установлению работоспособности армополимернои анкерной крепи в мерзлых дисперсных породах и разработке рекомендаций по ее эффективному применению при разработке россыпных месторождений Северо-Востока.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР ИГД Севера Сибирского отделения Академии Наук Российской Федерации.
Целью работы является повышение эффективности способов управления кровлей при подземной разработке многолетнемерзлых россыпных месторождений за счет применения армополимернои анкерной крепи.
Идея работы заключается в изучении и учете закономерностей взаимодействия армополимернои анкерной крепи с многолетнемерзлыми породами с целью повышения надежности и снижения затрат при креплении горных выработок.
Поставленная цель достигается за счет решения следующих задач:
- изучение явлений, возникающих в процессе управления кровлей при подземной
разработке россыпных месторождений в многолетнемерзлых породах;
определение возможности применения и оценка работоспособности анкерной крепи при разработке россыпного месторождения с закладкой выработанного пространства;
оценка несущей способности анкеров с различными коэффициентами теплопроводности при их тепловом взаимодействии с многолетнемерзлыми породами;
совершенствование методики проведения лабораторных исследований закрепления стержней анкера быстротвердеющими химическими составами в моделях с отрицательной температурой;
выбор химического состава твердеющей смолы и установление закономерности взаимодействия смолы с массивом горных пород;
- разработка практических рекомендаций по технологии крепления горных выра
боток россыпных шахт армополимерными анкерами.
Методы исследований включали:
анализ, и обобщение результатов ранее выполненных исследовании в области анкерного крепления горных выработок при разработке россыпных месторождении;
аналитические исследования теплового взаимодействия анкеров с вмещающими многолетпемерзлыии породами и напряженно-деформированного состояния мерзлого массива в призабойной зоне;
лабораторные исследования н полупромышленные эксперименты по изучению работоспособности армополимеріїой анкерной крепи в мерзлых дисперсных породах;
математическое моделирование процессов, происходящих в горных породах при управлении кровлей закладкой выработанного пространства и армополимеріїой крепью.
Научные положения, выносимые на защиту: теоретически обоснована техническая возможность и технико-экономическая целесообразность крепление горных выработок при разработке россыпных месторождений армополимеріїой крепыо с минимальным коэффициентом теплопроводности стержня анкера;
- установлено увеличение несущей способности армополимеріїой крепи при креп
лении мерзлых дисперсных пород за счет внедрения закрепляющего состава за
контур скважины;
- установлена зависимость изменения параметров анкерной крепи от величины
напряженного-деформированного состояния вмещающих горных пород при бесце-
ликовой отработке с закладкой выработанного пространства;
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
- результатами лабораторных исследований прочностных характеристик армопо-
лимерной крепи с закрепляющим составом при отрицательных температурах;
теоретическими исследованиями методами конечного элемента и конечных разностей;
производственными испытаниями в условиях россыпного месторождения шахты "Золотой Амбарный" ПО Приморзолото'.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Впервые решена задача о теплопроводящем стержне в массиве горных пород;
-
Установлен факт расширения шпура во время реакции отвердения закрепляющей смеси, что дает значительный запас прочности анкера по сравнению со значением, подсчитанным с учетом только адгезии.
Практическая ценность работы состоит:
в обосновании эффективности и работоспособности армополимерной анкерной крепи в многолетнемерзлых породах;
в создании методики выбора технологических схем крепления горных выработок россыпных шахт армополимерной анкерной крепыо;
в разработке номограмм для определения параметров крепления при бесце-ликовой отработке россыпных шахт с закладкой выработанного пространства армополимерной анкерной крепью;
в создании технических средств и разработке оригинальных технических решений в области анкерного крепления.
Внедрение результатов исследований осуществлено на россыпной шахте "Золотой Амбарный" ГКУПриморзолото'.1 Личный вклад автора заключается:
- в постановке проблемы крепления горных выработок в многолетней мерзлоте
теплонепроводящими анкерами;
в разработке методики эксперимента и проведении лабораторных исследований по закреплению анкеров быстротвердеющим составом на моделях с отрицательными температурами;
- в организации и проведении натурного эксперимента по измерению несущей
способности крепи;
в постановке задач и анализе результатов вычислительного эксперимента МКЭ и МКР;-
в разработке методики выбора оптимальных параметров крепления горных выработок россыпных шахт армополимернон анкерной крепью.
Апробация работы.
Основные результаты исследований и отдельные положения диссертационной работы рассматривались и получили одобрение на научных заседаниях и семинарах в институтах ИГДС СО РАН, ВНИИ-1, Якутннпроалмаз, на научно-технических Советах производственных объединений Северовостохзолото и .Якутзолото, на VII республиканской научно-практической конференции, Якутск, 1988г.
Публикации. По вопросам диссертации опубликовано 4 статьи, получено 4 авторских свидетельства на изобретение.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка литературы из 49 наименовании, 2-х приложении и содержит 123 страниц текста , отпечатанного на ПЭВМ, в том числе 47 рисунков, 12 таблиц.