Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Обоснование способов обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок в условиях шахт ОАО "СУЭК-Кузбасс" Ромашкевич Алексей Анатольевич

Обоснование способов обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок в условиях шахт ОАО
<
Обоснование способов обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок в условиях шахт ОАО Обоснование способов обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок в условиях шахт ОАО Обоснование способов обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок в условиях шахт ОАО Обоснование способов обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок в условиях шахт ОАО Обоснование способов обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок в условиях шахт ОАО
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Ромашкевич Алексей Анатольевич. Обоснование способов обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок в условиях шахт ОАО "СУЭК-Кузбасс" : диссертация ... кандидата технических наук : 25.00.22 / Ромашкевич Алексей Анатольевич; [Место защиты: С.-Петерб. гос. гор. ин-т им. Г.В. Плеханова].- Санкт-Петербург, 2009.- 189 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-5/1330

Содержание к диссертации

Введение

1. Анализ состояния изученности вопроса и задачи исследований 10

1.1 Анализ состояния и перспективы развития подземной добычи угля в России 10

1.2 Сравнительный анализ эффективности и безопасности современных технологий подземной добычи угля 11

1.3 Анализ технологии многоштрековой подготовки угольных пластов 13

1.4 Анализ методов крепления подготовительных выработок высокопроизводительных очистных забоев при многоштрековой подготовке 19

1.5 Анализ результатов исследований начального поля напряжений массива горных пород 25

2. Натурные исследования влияния горно геологических и горнотехнических факторов на состояние участковых подготовительных выработок на шахтах ОАО «СУЭК-КУЗБАСС» 49

2.1 Горно-геологические и горнотехнические факторы, влияющие на состояние участковых подготовительных выработок 49

2.2 Методика проведения шахтных исследований для определения влияния горизонтальных напряжений на процессы деформирования и разрушения участковых подготовительных выработок на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» 54

2.3 Анализ результатов исследований участковых подготовительных выработок на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» 61

2.3.1 Шахта «Полысаевская» 61

2.3.2 Шахта им. СМ. Кирова 64

2.3.3 Шахта «Талдинская-Западная - 2» 67

2.3.4 Шахта «Талдинская-Западная - 1» 70

2.3.5 Шахта «Котинская» и шахта «№ 7» 74

2.4 Анализ паспортов крепления и методики расчета анкерной крепи участковых подготовительных выработок на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» 82

2.5 Анализ результатов шахтных исследований 95

3. Исследования устойчивости участковых подготовительных выработок при парной подготовке на физических моделях 105

3.1 Методика проведения лабораторных исследований 105

3.2 Выбор и подготовка модели к проведению испытаний 112

3.3. Анализ результатов физического моделирования 117

4. Разработка рекомендаций по повышению устойчивости участковых подготовительных выработок в условиях шахт ОАО «Суэк-Кузбасс» 129

4.1. Рекомендации к определению параметров анкерного крепления в условиях влияния горизонтальных напряжений 129

4.2. Рекомендации к проектированию крепления участковых подготовительных выработок 130

4.3. Рекомендуемые схемы расположения участковых подготовительных выработок при парной подготовке относительно направления главных горизонтальных напряжений 162

4.4. Оценка прогнозной экономической эффективности от использования канатных анкеров 167

Заключение 172

Список литературы 173

Приложение

Введение к работе

Актуальность работы определяется задачами повышения эффективности отработки угольных пластов длинными столбами с охраной участковых подготовительных выработок целиками.

В настоящее время ведущие отечественные угледобывающие компании переходят на работу по схеме «шахта-лава» с использованием высокопроизводительных очистных комплексов с охраной участковых подготовительных выработок целиками и применением анкеров в качестве основной крепи. Доказана возможность в горно-геологических условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» работать с нагрузками более 4 млн.т. угля в год.

Рост нагрузки очистных забоев сдерживается неудовлетворительным состоянием подготовительных выработок на сопряжениях с лавой. Как показывает опыт отработки пластов на шахтах им. СМ. Кирова, «Полысаевская», «Талдинская-Западная-1», «Талдинская-Западная-2», «Котинская» и «№ 7», причинами, ограничивающими нагрузку на очистные забои и снижающими безопасность ведения горных работ, являются: интенсивное заколообразование в кровле, разрушение закрепленных стенок выработок и, как следствие, увеличение высоты и объема вывалов пород кровли, закрепленных штанговой анкерной крепью (стальной стержень, закрепленный полимерным составом).

Имеется значительное количество отраслевых и бассейновых нормативных документов, содержащих рекомендации по расчету параметров анкерного крепления и охране выработок целиками, однако в условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» не обеспечивается устойчивое состояние выработок в течение их срока службы: вокруг выработок развивается зона деформаций и разрушений в слабых вмещающих породах. Одной из важных причин снижения устойчивости участковых подготовительных выработок в специфических условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» является несоответствие параметров крепи условиям ее применения. Практика показала, что обеспечить устойчивость участковых подготовительных выработок, закрепленных штанговыми анкерами, при парной подготовке возможно дополнительным креплением канатными анкерами.

Вопросами обеспечения устойчивости участковых

подготовительных выработок занимались ученые К.А. Ардашев, Н.П. Бажин, А.А. Борисов, Ю.В. Громов, И.Е. Долгий, В.П. Зубов, О.И. Казаний, О.В. Ковалев, Г.И. Коршунов, Ю.Н. Кузнецов, А.С. Малкин, О.И. Мельников, . А.Г. Протосеня, В.В. Райский, М.И. Устинов, В.Н. Фрянов, В.М. Шик и многие другие, но обоснование параметров анкерного крепления участковых выработок, охраняемых целиками разработано недостаточно, в частности для условий шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс».

Все это определяет актуальность работы по обоснованию способов обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок в условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс».

Цель работы. Обеспечение устойчивости участковых подготовительных выработок, закрепленных штанговыми анкерами и охраняемых целиками на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс».

Идея работы. Параметры анкерного крепления участковых выработок, охраняемых целиками, шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» необходимо определять с учетом азимута и величины горизонтальных напряжений.

Основные задачи исследований:

1. Анализ факторов, влияющих на устойчивость кровли
выработок и краевых частей околоштрековых целиков на шахтах
развитых угледобывающих стран.

2. Установление причин неустойчивости кровли и
определение преимущественных форм деформирования и
разрушения участковых подготовительных выработок на шахтах
ОАО «СУЭК-Кузбасс».

  1. Изучение устойчивости подготовительных выработок, охраняемых целиками, и процессов взаимодействия крепи с породами кровли с учетом влияния повышенных горизонтальных напряжений на физических моделях.

  2. Апробация результатов теоретических и лабораторных исследований крепления участковых подготовительных выработок, охраняемых целиками в условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс».

Методы исследований. Для решения поставленных задач использован комплексный метод исследований, включающий: анализ и обобщение данных, опубликованных в горнотехнической

литературе по проблеме устойчивости участковых подготовительных выработок в условиях высоких горизонтальных напряжений, анализ форм обрушений пород заанкерованной кровли; шахтные исследования процессов деформирования и разрушения краевых частей целиков, форм обрушений пород непосредственной кровли в подготовительных выработках; регистрация и анализ величин смещений почвы и кровли; физическое моделирование.

Научная новизна:

Установлена квадратическая зависимость отношения длины кровли выработки, нарушенной заколами, к общей длине этой выработки, от угла между продольной осью выработки и направлением максимального горизонтального напряжения.

Установлена нелинейная (гиперболическая и параболическая для различных участков по ширине выработки) зависимость формы зоны расслоения в кровле участковой выработки от величины действующих горизонтальных напряжений, позволяющая определять размеры области расслоений кровли, что необходимо для выбора параметров канатной крепи.

Основные защищаемые положения:

1. В условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» на устойчивость
участковых выработок при парной подготовке влияет их ориентация
относительно горизонтальных напряжений и величина этих
напряжений.

  1. При характерной для рассматриваемых шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» ширине выработок, расслоение и разрушение непосредственной кровли происходит под действием горизонтальных сил на высоту, превышающую мощность заанкерованной кровли.

  2. Для обеспечения устойчивого состояния участковых выработок, охраняемых целиком, необходимо устанавливать канатные анкера, закрепленные вне контура расслоения, геометрия которого зависит от геологических и технологических факторов.

Практическая значимость работы:

Разработаны рекомендации по расположению участковых
подготовительных выработок относительно направления главных

максимальных горизонтальных напряжений для обеспечения устойчивости этих выработок.

Разработаны рекомендации к совершенствованию действующих методик расчета параметров канатной анкерной крепи, позволяющие учитывать повышенные горизонтальные напряжения.

Разработан способ исследования анкерной крепи на моделях из эквивалентных материалов и устройство для его реализации, что позволяет повысить надежность физического моделирования процессов расслоения и обрушения непосредственной кровли.

Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций подтверждается обследованием более 40 выработок на шести шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс»; лабораторными исследованиями на физических моделях и анализом результатов исследований, проведенных в развитых угледобывающих странах.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных научных конференциях молодых ученых СПГГИ (ТУ) «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2007 г., 2008 г.); 5-ой международной научно-технической конференции «Современные проблемы освоения минеральных ресурсов Севера» (г. Воркута, 2008 г.); научном симпозиуме «Неделя горняка - 2008» (МГГУ, г. Москва); научных семинарах кафедры разработки месторождений полезных ископаемых СПГГИ (ТУ).

Личный вклад автора:

- сформулированы цель, идея и задачи исследований;

выполнен анализ отечественной и зарубежной горнотехнической литературы по проблеме диссертации;

- разработана методика и проведены исследования
устойчивости участковых подготовительных выработок на шести
шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс»;

разработана методика моделирования процессов деформирования и разрушения вмещающих пород в окрестности штреков, расположенных в поле повышенных горизонтальных

напряжений; изготовлены и отработаны две модели из эквивалентных материалов;

- на прессовом оборудовании испытаны более 200 образцов
для подбора эквивалентных материалов;

выполнены обработка и интерпретация полученных результатов;

сформулированы основные защищаемые положения и выводы;

разработаны практические рекомендации по обеспечению устойчивости участковых подготовительных выработок, охраняемых целиками угля, закрепленных штанговой анкерной крепью.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 5 печатных работ, из них 2 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, получен 1 патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 189 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 99 наименований, включает 94 рисунка, 11 таблиц, 5 приложений.

Автор выражает благодарность научному руководителю д.т.н., проф. В.М. Шику за постоянное внимание к данной работе, помощь в определении общей идеи работы, направлений исследований и интерпретации полученных данных; техническим работникам ОАО «СУЭК-Кузбасс» за помощь в сборе информации и проведении шахтных исследований; сотрудникам кафедры разработки месторождений полезных ископаемых и лаборатории моделирования научного центра Геомеханики и проблем.горного производства Санкт-Петербургского горного института за полезные замечания и ценные советы.

Сравнительный анализ эффективности и безопасности современных технологий подземной добычи угля

Ведущая роль в подземной угледобыче России в настоящее время принадлежит столбовым системам разработки с длинными очистными забоями - лавная технология. По прогнозам ведущих специалистов, ситуация эта сохранится и в будущем. Более того, все большее количество стран начинают отрабатывать запасы угля длинными забоями (лавами), которые обеспечивают наибольшую производительность труда.

Важность безопасности работ объясняется особой спецификой подземной разработки угля, сопровождающейся опасными проявлениями горного давления (обрушения кровли в призабойном пространстве, обрушения боковых пород в подготовительных забоях, разрушение крепи горных выработок и т. д.), разрушительными последствиями возможных взрывов метана, внезапных выбросов угля и газа, вредным влиянием на здоровье подземных рабочих запыленности и загазованной атмосферы, повышенной влажности и температуры. Обязательным условием обеспечения безопасности работ является наличие не менее двух свободных выходов из очистного забоя, а также надлежащее и непрерывное его проветривание.

Столбовые системы разработки широко применяются во всех без исключения угольных бассейнах России.

Отличительными достоинствами столбовых систем разработки являются: относительно хорошее состояние выемочных выработок, поддерживаемых в массиве угля или в зоне установившегося горного давления, и малые затраты на их поддержание; разделение в пространстве и времени проведения выемочных выработок и очистной выемки, что позволяет эффективно использовать высокопроизводительную технику для очистных и подготовительных работ; независимость скорости проведения подготовительных выработок и подвигания очистного забоя; возможность доразведки горно-геологических условий залегания пласта в период подготовки выемочных столбов и своевременного выявления геологических нарушений для принятия необходимых технологических решений перехода их очистными забоями или для своевременного перемонтажа; возможность сокращения поддерживаемых выемочных выработок по мере подвигания очистных забоев; возможность локализации пожаров угля в выработанном пространстве возведением герметичных перемычек в выемочных выработках, и после проведения новой разрезной печи продолжить очистные работы без длительных перерывов.

Столбовые системы разработки являются наиболее прогрессивными. Они прочно заняли свое место на российских и зарубежных шахтах [19, 20].

Мировой опыт применения систем разработки длинными столбами показывает, что применение дорогостоящих механизированных комплексов оборудования оказывается эффективным только при достижении относительно высокой нагрузки на очистные забои. Наиболее благоприятные условия создаются при работе от границ панелей или выемочных полей и применении систем разработки с обратным порядком отработки выемочных столбов. В Донецком, Кузнецком, Карагандинском и Печорском угольных бассейнах комплексно-механизированные очистные забои отрабатываются, как правило, длинными столбами по простиранию, реже - по восстанию (падению), причем часто не в известном классическом варианте, а в виде так называемых комбинированных систем, когда вентиляционные или транспортные выработки не погашаются.

На современных шахтах все большее распространение находит структура «шахта-лава» с максимальной концентрацией горных работ и обеспечением производственной мощности шахты до 4,0 млн т/год и более работой одного длинного очистного забоя, что предъявляет особые требования к устойчивости всех систем, обеспечивающих работу длинного очистного забоя и, в особенности — подготовительных участковых выработок.

Анализ деятельности угледобывающих шахт Кузбасса показывает, что в последние годы появилась тенденция увеличения добычи угля без вовлечения в отработку дополнительных запасов, что с учетом неувеличения глубины отработки за тот же период, позволяет судить, с одной стороны, об интенсификации горных работ, вызванной новыми хозяйственными условиями, с другой - о выборочной отработке наиболее благоприятных участков, прежде всего на месторождениях восточного Кузбасса [13].

Методика проведения шахтных исследований для определения влияния горизонтальных напряжений на процессы деформирования и разрушения участковых подготовительных выработок на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс»

Представленные в предыдущей главе результаты измерений параметров полей напряжений были получены методами разгрузки, гидроразрыва и другими инструментальными способами [49]. Однако все эти методы имеют общие недостатки: они трудноосуществимы, так как требуют высокой квалификации операторов, больших затрат времени и средств, и для их применения необходим опыт проведения подобных работ. Измерения производятся в отдельных точках и не могут считаться представительными для больших областей и, кроме того, различные методы измерений отличаются различной степенью достоверности.

Для постоянного применения на шахтах необходимы методы, доступные квалифицированному шахтному персоналу. Такие методы существуют, и они позволяют путем систематических наблюдений производить оценку напряженного состояния и характера деформирования массива для проектирования направления проходки и паспортов крепления.

При проведении шахтных исследований использовался метод оценки напряженного состояния, основанный на анализе визуально наблюдаемых трещин в кровле и стенках горных выработок, который дает возможность по ориентировке этих трещин установить направление горизонтальных напряжений и дать относительную оценку их величин. Это метод при изучении полей напряжений в Кузбассе широко использовали А.А. Белицкий, А.С. Забродин, П.В. Егоров. Данный метод достаточно доступен и в то же время надежен. По морфологии таких трещин поверхностей можно установить вид напряжений, вызвавших их образование (сдвиг, сжатие или растяжение), а по расположению относительно напластования и обнажений - направление. На этом принципе основан применяемый в США метод картирования [48], который дает возможность установить наличие и направление горизонтальных напряжений и дать относительную оценку их величин. В СССР метод изучения палеотектонических полей напряжений впервые применил А.С. Забродин (В НИМИ) в 1950-х годах. Его метод был основан на определении пространственного положения тектонических трещин (на шахтах Кузбасса) и решения обратной задачи теории предельного равновесия [76].

В таблице 2.1 представлено обобщение характерных особенностей разрушения пород, согласно которому по наличию одного или комбинации нескольких признаков можно делать заключение о превышении горизонтальными напряжениями прочности пород в данной зоне.

При картировании для локализации признаков наличия горизонтальных напряжений в подземных условиях применяют упрощенные наблюдения. При этом фиксируют категории: купола в кровле; разрывные нарушения; трещиноватость, вызванная сдвижением кровли; поперечные смещения в открытых скважинах в кровле, пробуренных для установки анкерной крепи; поверхности сдвиговых нарушений и их заполнение дроблеными породами почвы и кровли. Расположение, размеры и простирание этих нарушений сплошности пород использовались для определения направления наибольшего и наименьшего (или максимального и минимального) главных напряжений. Эти признаки показаны на рисунке 2.2 и систематизированы в таблице 2.2 для использования при определении направлений напряжений [48].

Кроме того, полезно отображение таких геологических особенностей, как экзогенные (сдвиговые) трещины, прожилки глины, разломы и кливаж в угле для оценки их потенциального влияния на устойчивость обнажения.

Сумма следующих геологических признаков дает представление о палеотектоническом поле напряжений, по которому можно в той или иной степени судить о современном поле напряжений [48]: 1) расположение, размеры и форма купола, 2) направление штрихов скольжения на обрушившихся кусках пород, 3) наименьший угол среза ненарушенных пород, 4) наличие перетертых пород, 5) перекрытие шпуров, 6) ориентировка трещин растяжения, 7) ориентировка заколов в кровле.

Выбор и подготовка модели к проведению испытаний

Согласно гипотезе, предполагающей негидростатическое распределение напряжений в нетронутом массиве, напряженное состояние оценивается следующим образом.

На глубине Н выделен кубик породы со сторонами, равными единице, находящийся в объемном напряженном состоянии. На грани кубика действуют напряжения, нормальные составляющие которых по осям равны [93]: 1) по вертикальной оси: объемный вес пород, кг/м ; р - плотность горных пород, кг/м ; g— ускорение свободного падения м/с . ) по горизонтальным осям:

Считается, что сила тяжести (вес) горных пород является основной причиной, вызывающей горное давление на крепь выработок, целики и т.д., вызывая их деформацию и разрушение. Анализ опыта отработки угольных пластов при многоштрековой подготовке развитых угледобывающих стран и на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» показал, что при глубинах до 450 м присутствуют горизонтальные напряжения, которые в два и более раз превышают вертикальные. Исходя из анализа исходной горно-геологической информации, определяющей пространственное положение пласта и вмещающих пород, их деформационных и прочностных характеристик были разработаны горно-геомеханические модели, отражающие свойства изучаемого массива горных пород (рисунок 3.9, 3.10). Разработана модель из эквивалентных материалов для условий шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс», на которой горизонтальные напряжения ах = 2У" , представленная на рисунке 3.7 и реализованная на поворотном стенде (рисунок 3.4).

Рисунок 3.7. Схема нагружения модели на поворотном стенде На стендах были изготовлены физические модели, воспроизводящие почву угольного пласта, угольный пласт и его непосредственную кровлю. На поверхности модели в непосредственной кровле угольного пласта на 15 горизонтах и почве пласта были закреплены марки для регистрации смещений отдельных элементов массива (рисунок 3.8). Расстояния между марками, приведенными к условиям натуры, по вертикали и по горизонтали составляли от 2,5 до 10 м.

Выработки на моделях при закатке крепились штанговой крепью. Крепь представляла собой тонкие стальные проволоки толщиной 0,5 мм и длиной 20 мм. В ряду устанавливалось 4 анкера, шаг установки рядов анкеров составлял 10 мм. Для обеспечения лучшего сцепления штанговой крепи с материалом моделей, на проволоку перед установкой наносилась эпоксидная смола.

На поверхности модели (рисунок 3.10) на 7 горизонтах были закреплены марки для оценки смещений отдельных элементов массива. Расстояния между марками, приведенными к условиям натуры, по вертикали и по горизонтали составляли от 1,25 до 5 м.

Для повышения точности измерений, на неподвижных рамах стендов были натянуты металлические струны, позволяющие определять не абсолютные, а относительные смещения марок относительно ближайших струн. Было установлено, что при обработке фотокадров с цифровой камеры с разрешением 7,1 Мпикс с расстояния 1,5 м, точность определения координат марки составляет около 0,2 мм в модели или 20 мм в условиях натуры.

Исходные состояния ненагруженных моделей представлены на рисунках 3.9 и 3.10. В соответствии с планом эксперимента, нагружение первой модели проводилось в пошаговом режиме с величиной шага 5% от номинальной нагрузки при постоянном соотношении горизонтальных и вертикальных нагрузок 2:1. Величина номинальной нагрузки соответствует вертикальным напряжениям на глубине 200 м и составляет 5,6 МПа. Величина номинальной нагрузки соответствует вертикальным напряжениям на глубине 300 м и составляет 7,74 МПа, а горизонтальной 15,48 МПа.

В соответствии с планом эксперимента, нагружение второй модели проводилось в пошаговом режиме с выходом на номинальную нагрузку при постоянном соотношении горизонтальных и вертикальных нагрузок 0,4:1. Величина номинальной нагрузки соответствует вертикальным напряжениям на глубине 300 м и составляет 7,74 МПа.

Рекомендации к проектированию крепления участковых подготовительных выработок

Проектирование крепления подготовительных выработок является сложной задачей. Ее сложность определяется большим количеством влияющих факторов, установление которых является самостоятельной проблемой. Поэтому определение параметров паспортов крепления и охраны должно основываться, в первую очередь, на практическом методе. Экспериментальная основа действующих инструкций по данному вопросу была получена на базе исследований, проведенных 25-30 лет назад для устаревших к настоящему времени технических средств и низких темпов подвигания очистных забоев [65, 67, 69, 84-87]. Учитывая данные шахтных и лабораторных исследований, представленных в предыдущих главах, проектирование крепления следует осуществлять применительно к двум принципиально различным типам условий, при которых: 1) в массиве отсутствуют повышенные горизонтальные напряжения или выработки ориентированы относительно горизонтальных напряжений так, что влияние этих напряжений несущественно; 2) массив в окрестности выработок подвергается активному влиянию горизонтальных напряжений. Геомеханические принципы взаимодействия анкерных крепей с массивом пород кровли Результаты шахтных и лабораторных исследований, представленные во 2 и 3 главах, дают основание при анализе условий деформирования пород кровли, закрепленных штанговыми и канатными анкерами применить метод теории плоского изгиба однопролетных балок, защемленных на опорах [58, 88, 89]. Такими опорами являются околоштрековые целики, а местом защемления - точки максимума опорного давления рисунок 4.1. Схема действия сил показана на рисунок 4.2. Балка АВ (укрепленная штанговыми анкерами непосредственная кровля) подвергается воздействию: - равномерно распределенной нагрузки от собственного веса q, Н/м, - противоположно направленной сосредоточенной силы R, приложенной в точке С и определяемой напряжениями в канатном анкере (для упрощения на схеме показано влияние одного каната), Н; Рассмотрим вначале вариант, соответствующий случаю, когда непосредственная кровля в полном соответствии с действующей инструкцией [65] укреплена штанговой анкерной крепыо. В точках защемления максимальные величины изгибающих моментов и поперечных сил от равномерно распределенной нагрузки q составляют: где т„ к. — мощность непосредственной кровли, м; а - эффективный пролет, м; с и/з— сцепление и угол внутреннего трения на поверхностях, параллельных напластованию (Па, градус); ап - нормальные напряжения на опоре, перпендикулярные поверхностям напластования (опорное давление на целиках), Па. В середине пролета растягивающие напряжении составляют половину от величины упшх, определяемой формулой 4.7, а касательные равны 0. При нарушении условия прочности 4.9, в местах защемления и в середине пролета возникают трещины отрыва (г, рисунок 4.3). Так как эти трещины развиваются перпендикулярно к напластованию, то штанговая крепь не в состоянии затормозить этот процесс, который, в конце концов, может привести к обрушению непосредственной кровли. При нарушении условия прочности 4.10 в местах защемления возникают трещины сдвига, параллельные напластованию (s, рисунок 4.3). Такого рода деформации были зарегистрированы на шахтах «Котинская», «№ 7» в Кузбассе визуально при осмотре скважин (рисунок 4.4) [48, 90].

Похожие диссертации на Обоснование способов обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок в условиях шахт ОАО "СУЭК-Кузбасс"