УДК 622.831                   

Демин В.Ф., Журов В.В., Демин В.В., Баймульдин М.М., Демина Т.В.

Карагандинский государственный технический университет

Влияние угла установки анкерной крепи на деформации массива горных пород

 

Определение напряженно-дефомированного состояния  массива с учетом влияющих факторов на устойчивость контуров горной выработки является важной горнотехнической задачей. В качестве расчетной схемы выбрана прямоугольная плоскость, находящаяся в плоско-деформированном состоянии и разбивающаяся сеткой треугольных элементов с соответствующими граничными условиями. Исследование особенностей деформирования породного массива, вокруг подготовительных выработок с анкерным креплением при различных углах падения пласта и глубине анкерования, обоснование параметров анкерной крепи и определение рациональной области ее использования, является актуальной проблемой горного производства.

Пусть оси прямоугольной системы координат Oxy выбраны, как указано на рисунке 1.

        

                            а                                                              б

Рисунок 1 - Условия нагружения горного массива (а) и сечение прямоугольной выработки (б), закрепленной анкерами

 

Исследовались проявления горного давления с установлением степени влияния  технологических факторов с использованием метода конечных элементов. Моделировалась технологическая схема очистных работ с возвратноточной проветриванием для условий пласта к10 шахты им. Костенко УД АО «АрселорМиттал Темиртау».

Рассмотрена выработка, закрепленная анкерами (рисунок 1,б). Расчетные параметры: длина анкера 2,2 м; его диаметр 0,022 м; сечение выработки 17,5 м2; глубина разработки =8,7138 МПа.

В таблице 1 представлены расчетные значения максимальных напряжений и по параметры модуля максимальных перемещений.

 

Таблица 1 - Значения   максимальных     нормальных  и     касательных

напряжений

 

(градусах)

(МПа)

(МПа)

(МПа)

(м)

(м)

30

93.6

19.7

54.1

0.0028

0.1382

45

93.4

28.2

46.5

0.0028

0.1382

60

93.4

26.1

30.6

0.0028

0.1382

75

93.4

9.05

29.1

0.0028

0.1382

90

93.4

5.73

29.1

0.0028

0.1382

При изменении угла наклона анкеров изменяются нормальные напряжения по оси «у» и касательные напряжения. Минимальные напряжения возникают когда . Приведены распределения напряжений на примере касательных напряжений  в массиве горных пород соответствующих (рисунок 2,а), (рисунок 2,б), (рисунок 3).

 

                                    а                                                                  б

Рисунок 2 - Распределение напряжений

Рисунок 3 - Распределение напряжений  при

 

Из проведенного исследования наиболее оптимальным углом расположения анкеров в кровле является углы .

Установлены зависимости максимальных нормальных напряжений по оси «у» в зависимости от угла наклона анкера:

      

Выявленные закономерности изменения напряженно-деформированного состояния угля вмещающих породных массивов в зависимости от горно-геологических факторов позволяют в конкретных условиях эксплуатации устанавливать рациональные параметры крепления боковых пород для повышения устойчивости подготовительных горных выработок.

 

АННОТАЦИЯ статьи

Демина В.Ф., Журова В.В., Демина В.В., Баймульдина М.М., Деминой Т.В.

 

Влияние угла установки анкерной крепи на деформации массива горных пород

 

           Исследованы проблемы применения  анкерной крепи на шахтах для закрепления штанг  в выработках в целях обеспечения безопасности ведения горных работ.

           The problems of using stressing compositions on the mineral basis in the ore mines of the  deposit to drapple rods in stopes to provide safe mining operations have been considered.

 

Проведены исследования, обеспечивающие принятие технологических решений по технологии проведение выемочных выработок. Производится расчет параметров анкерной крепи горной выработки. Обеспечивается представление схемы ее эксплуатации на базе геомеханического прогноза состояния горного массива. 

Выявлены закономерности изменения напряженно-деформированного состояния угля вмещающих породных массивов в зависимости от горно-геологических факторов. Они  позволяют в конкретных условиях эксплуатации устанавливать рациональные параметры крепления боковых пород для повышения устойчивости подготовительных горных выработок.

Получены эмпирические зависимости изменения максимальных нормальных напряжений в зависимости от изменения длины анкера.

Проведена сравнительная оценка выполненных исследований с испытаниями в производственных условиях. Она показала удовлетворительную сходимость рассматриваемых параметров напряженно-деформированного состояния породных массивов.

Получены эмпирические зависимости изменения максимального нормального напряжения от угла наклона анкера, для выработки прямоугольного сечения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕЦЕНЗИЯ  на статью

Демина В.Ф., Журова В.В., Демина В.В., Баймульдина М.М., Деминой Т.В.

 

Влияние угла установки анкерной крепи на деформации массива горных пород

 

                   Применение анкерной крепи позволяет значительно увеличить производительность труда и скорость (на 30-40%), снизить затраты на проведение выработок (на 50-60%) и уменьшить затраты по подготовке очистных забоев (на 70%), сократить расход и уменьшить стоимость крепежных материалов, затраты на ремонт и поддержание горных выработок, улучшить состояние выработок, приблизить площадь сечения выработки в свету к площади в проходке и повысить безопасность ведения работ.

Проведены исследования, обеспечивающие принятие технологических решений по технологии проведение выемочных выработок. Производится расчет параметров анкерной крепи горной выработки. Обеспечивается представление схемы ее эксплуатации на базе геомеханического прогноза состояния горного массива. 

Выявлены закономерности изменения напряженно-деформированного состояния угля вмещающих породных массивов в зависимости от горно-геологических факторов. Они  позволяют в конкретных условиях эксплуатации устанавливать рациональные параметры крепления боковых пород для повышения устойчивости подготовительных горных выработок.

Получены эмпирические зависимости изменения максимальных нормальных напряжений в зависимости от изменения длины анкера.

Проведена сравнительная оценка выполненных исследований с испытаниями в производственных условиях. Она показала удовлетворительную сходимость рассматриваемых параметров напряженно-деформированного состояния породных массивов.

Получены эмпирические зависимости изменения максимального нормального напряжения от угла наклона анкера, для выработки прямоугольного сечения.

        Разработанная моделирующая информационная интеллектуальная система позволяет автоматизировать процесс расчета параметров технологии применения анкерной крепи.

        Статья имеет научный и практический интерес и может быть рекомендована к опубликованию.

 

 

 

Рецензент, проф., д.т.н.,

зав. кафедрой МД и Г                                                          Ф.К. Низаметдинов

 

        СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ:

 

1.                     Демин Владимир Федорович, доктор технических наук, профессор, академик МАИН. Карагандинский государственный университет, профессор кафедры «Разработки месторождений полезных ископаемых», раб. тел.: 8(7212) 56-26-19.

e-mail: vladfdemin@mail.ru

2.                     Баймульдин Мурат Муратович, магистр. Начальник отдела инноваций КарГТУ.

3.                     Демин Виталий  Владимирович, к.т.н., доцент кафедры «Разработки месторождений полезных ископаемых» КарГТУ. Зам. главного инженера по технике безопасности шахты «Саранская» УД АО «АрселорМиттал Темиртау».

4.                     Журов Виталий Владимирович, к.т.н., ст. преп. кафедры высшей математики КарГТУ.

5.                     Демина Татьяна Владимировна, к.т.н., ст. преп. кафедры «Рудничная аэрология и охрана труда», КарГТУ.