*119949*

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ НЕЗАКРЕПЛЕННОЙ ЧАСТИ КРОВЛИ НАД ЗАБОЕМ ВЫРАБОТКИ С АНКЕРНОЙ КРЕПЬЮ ПРИ ЕЕ ПРОВЕДЕНИИ БУРОВЗРЫВНЫМ СПОСОБОМ

 

Д.т.н. Круковский А.П., к.т.н. Круковская В.В. ИГТМ НАН Украины,

г. Днепропетровск, Украина igtm@ua.fm

инженер Вельбовец С.Н. ПАО «Краснодонуголь», г. Краснодон, Украина

 

Известно, что анкерная крепь (АК) обеспечивает устойчивость и надежность подготовительных и капитальных выработок в самых разнообразных условиях применения [1, 2]. Одним из основных требований технологии ее установки является возведение АК в неразгруженный от горного давления вмещающий массив. Тогда сразу же после установки АК будет вовлечена в работу по противодействию силам горного давления, и приконтурный массив максимально сохранит природное монолитное состояние.

Для оценки влияния взрыва на устойчивость АК, ее способность удерживать породы кровли в ненарушенном состоянии при буровзрывном способе проходки, рассчитаем поле напряжений вокруг забоя выработки с анкерной крепью перед, в момент и после взрывания шпуровых зарядов с помощью метода конечных элементов в нестационарной, плоской, упруго-пластической постановке. В момент взрывания заряда во врубовом шпуре в массиве начинает распространяться волна сжатия, накладывая на существующее поле напряжений дополнительные напряжения, вызванные взрывом. Для расчета радиальной и тангенциальной составляющих волны напряжений при взрыве сосредоточенного заряда будем использовать зависимости, полученные на основании лабораторных и натурных экспериментальных данных Боровиковым В.А. и Ванягиным И.Ф. [3]. Будем учитывать, что при подходе к открытой поверхности волна сжатия отражается от нее, превращаясь в волну растяжения, центром которой является точка, симметричная центру взрыва относительно поверхности забоя.

Расчет осуществлялся на основании данных по Западному фланговому вентиляционному ходку № 23, горизонт 915 м, шахты «Суходольская-Восточная» ПАО «Краснодонуголь», который проводится по угольному пласту сложного трехпачечного строения. Разделяющий прослой – алевролит. Основная и непосредственная кровли представлены малоустойчивыми алевролитами. Угольный пласт опасен по внезапным выбросам угля и газа. Вентиляционный ходок № 23 крепится анкерной крепью с наклоном 75о на забой выработки. Способ проведения выработки – буровзрывной, в режиме сотрясательного взрывания. Тип применяемого взрывчатого вещества – П-5; Ф-5; 10П; 13П, величина заряда каждого шпура – 0,6 кг, взрывание производится за один прием. Глубина шпуров – 2,0 м. Подвигание забоя – 1,8 м.

Рассмотрим продольное сечение выработки, конечно-элементная сетка для которого показана на рис. 1. Взрывание зарядов происходит на 40-й временной итерации.

 

 

Рис. 1 – Центральный фрагмент конечно-элементной сетки с забоем выработки, 1-4 – номера зарядов ВВ

 

При выполнении расчета получим распределение значений компонент тензора главных напряжений и параметры зоны неупругих деформаций. Для оценки напряженного состояния используется параметр , характеризующий степень разнокомпонентности поля напряжений (s1 и s3 – максимальная и минимальная компоненты главных напряжений;  – высота вышележащих горных пород;  – их удельный вес). На рис. 2 показаны распределения значений параметра Q, на рис. 3 – зоны неупругих деформаций для выработки с АК при отставании АК от забоя 0,3 м.

а)  б)

в) г)

 

Рис. 2 – Распределение значений параметра Q при 0,3 м:

а) перед взрыванием зарядов; б) в момент взрыва; в) на следующей итерации после взрывания; г) через 30 итераций

 

Из рисунков видно, что в момент взрывания вокруг зарядов образуется зона полностью разрушенных пород, распространяющаяся вплоть до поверхности забоя выработки, рис. 3б. На следующей временной итерации, рис. 2в, видна образованная в результате взрывания зарядов полость. Концентрация напряжений в массиве вокруг вновь сформированного забоя в этот момент очень велика, параметр Q > 1,6. В кровле же, наоборот, породы еще не разгружены от горного давления и здесь Q < 0,4. Этот момент времени очень благоприятен для установки следующих рядов АК. По прошествии определенного количества времени, иногда до нескольких часов, происходит постепенное перераспределение поля напряжений: область с Q > 1,6 уменьшается, а зона повышенной трещиноватости, в которой 0,8 < Q < 1,2, распространяется далеко вглубь массива, рис. 2г. При этом видно, как нагружается первый анкер – напряжения в нем со временем значительно возрастают. Если проводить установку следующих рядов АК с запаздыванием, то АК уже не сможет вернуть вмещающему массиву утраченную монолитность, качественное породно-анкерное перекрытие не будет сформировано, анкера в лучшем случае скрепят расслоившиеся породы и предотвратят их от высыпания.

 

а)  б)

 

Рис. 3 – Зоны неупругих деформаций: а) перед взрыванием зарядов;

б) в момент взрыва

 

Было исследовано влияние параметра «отставание установки ряда анкеров от забоя выработки» на напряженное состояние пород кровли. Сравнение расчетных данных показало, что минимизация отставания  имеет важное значение для сохранения в кровле выработки над забоем природного напряженного состояния. Установленный вплотную к забою анкер препятствует разгрузке пород кровли от горного давления и росту зоны повышенной трещиноватости, как при взрывании, так и в дальнейшем при проведении выработки.

Результаты расчетов на основе разработанной математической модели были использованы при разработке рекомендаций по схемам и технологии установки анкеров при проведении Западного флангового вентиляционного ходка № 23 шахты «Суходольская-Восточная» ПАО «Краснодонуголь», рис. 4.

 

Рис. 4 – Вентиляционный ходок № 23 шахты «Суходольская-Восточная»

 

Библиографический список

1. Булат А.Ф., Виноградов В.В. Опорно-анкерное крепление горных выработок угольных шахт. Днепропетровск, ИГТМ НАН Украины, 2002. 372 с.

2. Система забезпечення надійного та безпечного функціонування гірничих виробок із анкерним кріпленням. Загальні технічні вимоги. К., Мінвуглепром України, 2008. 83 с.

3. Боровиков В.А., Ванягин И.Ф. Моделирование действия взрыва при разрушении горных пород. М., Недра, 1990. 231 с.