Сталеминеральная анкерная крепь в сложных горно-геологических условиях угольных шахт

Геотехнология

35

УДК 622.831.2

А. В. Рогачков, А. С. Позолотин, А.А. Ренев, П.В. Гречишкин

СТАЛЕМИНЕРАЛЬНАЯ АНКЕРНАЯ КРЕПЬ В СЛОЖНЫХ ГОРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

В условиях шахт Кузбасса сталеполимерная анкерная крепь широко используется для крепления подготовительных выработок. Однако, несмотря на широкую область ее применения, все еще не решена проблема поддержания подготовительных выработок в условиях динамических проявлений горного давления, горные удары (микроудары и др.), приводящих к резкому внезапному обрушению кровли и боков выработок. Эндогенная пожароопасность пластов, повышенная водо-обильность вмещающих пород, длительный срок эксплуатации выработок и другие факторы также могут неблагоприятно влиять на состояние подготовительных выработок при использовании схем крепления с применением сталеполимерной анкерной крепи. Потому проблема эффективного поддержания горных выработок и их сопряжений в сложных условиях угольных шахт актуальна.

Для решения проблемы предложена технология крепления выработок с использованием ста-

леминеральных анкеров АКМ 20.01-01, имеющих значительную податливость. Закрепление анкеров в шпуре осуществляется на минеральные ампулы АМК. Одно из главных достоинств ампул с минеральной композицией в том, что при установке анкерной крепи отсутствует процесс размешивания ампулы в шпуре. Согласно инструкции, для установки сталеполимерных анкеров необходима частота вращения бурового инструмента 600-800 об/мин. [1]. Сталеминеральная анкерная крепь не имеет такого ограничения и может быть установлена перфоратором ударно-вращательного действия с частотой вращения 100 об./мин., что особенно актуально в условиях рудников.

Сталеминеральный анкер представляет собой комбинацию хвостовика из цельновитой арматуры и грузонесущего стержня из стального прутка с особой конструкцией концевика, см рис. 1-а.

В выработках, проводимых в условиях угольных пластов, склонных к горным ударам и

б)

Рис. 1. Комбинированный и канатный анкеры ампульного способа закрепления: а) комбинированный анкер АКМ 20.01-01 производства ООО «АМК»; б) канатный анкер АК01 производства ООО «РАНК 2»

-.................................

\

1 1 1 1 1 I'll lili lili lili I'll 1 1 1

150

1404

1304

120-i

1104

100-i

í 90-i

§ 80-j

tiro 704

1

60-

504

404

304

20-j

104

0-^

50

100

150 200

Деформация, мм

250

300

Рис. 2. Нагрузочная характеристика анкера АКМ 20.01-01 длиной 2 м

36

А. В. Рогачков, А. С. Позолотин, А.А. Ренев, П.В. Гречишкин

внезапным выбросам угля, анкерная крепь должна иметь податливость не менее 50 мм [1],

Нетканый материал

Минеральная композиционная сухая смесь

Рис. 3. Ампула минеральная композиционная однокамерная АМК

Отличительной конструктивной особенностью сталеминеральных анкеров АКМ 20.01-01 является способность удлиняться без потери несущей способности в диапазоне нагрузок от 9 - 14 тс не менее чем на 10%, до разрыва (рис. 2). Это позволяет применять анкер в условиях угольных пластов, склонных к горным ударам [1]. Закрепление анкеров в шпуре осуществляется на ампулы с минеральной композицией АМК (рис. 3).

Опыт применения показал, что ампулы АМК выгодно отличаются от ампул с полиэфирными смолами по следующим позициям:

1) анкерная крепь можно установить практически любым буровым оборудованием, включая перфораторы ударно-вращательного действия;

2) обеспечивается предварительное натяжение анкера не менее 2,5-3 т сразу после его установки, без операций перемешивания и ожидания отверждения закрепляющего материала;

3) при использовании не выделяют токсичных испарений, что особо актуально в условиях

слабо проветриваемых горных выработок шахт;

4) позволяют эффективно и надежно производить анкерное крепление в условиях обводненных пород с водопритоком из шпура до 20 л/мин.;

5) закрепляющий материал не горит и не поддерживает горение, что делает ампулы незаменимыми для анкерного крепления в пластах, склонных к самовозгоранию (после пожара сохраняется работоспособность крепи) [2];

6) применима для возведения анкерной крепи, в том числе и анкеров глубокого заложения (рис. 1 б.) в условиях многолетнемёрзлых пород;

7) обеспечивает работоспособность анкерной крепи в горных выработках с длительным сроком службы (пять и более лет) см. таблицу1;

8) имеет повышенный срок хранения при различных температурных режимах (год и более).

Следует отметить что, ампулы с минеральной композицией не токсичны в отличие от ампул с полиэфирным составом. В слабо проветриваемых горных выработках шахт этот фактор играет важную роль при охране труда горнорабочих. Ампулы АМК имеют повышенный срок хранения, от года и более, в отличие от гарантийного срока хранения ампул с полиэфирным составом (6 месяцев со дня изготовления). При транспортирова-нииампул с полиэфирным составом по железной дороге в летние месяцы гарантийный срок их хранения сокращается до 3 месяцев.

Особенность сталеминеральной анкерной крепи АКМ 20.01-01 в том, что минеральная ампула может быть установлена только с анкерным стержнем АКМ 20.01-01, что исключает риск некачественной установки анкеров в целом.

Рассмотрим подробно технологию установки

Предварительное Установка Досылка Подача анкера

замачивание ампул ампул с вращением

ампул АМК в воде в устье шпура к дну шпура до дна шпура

Рис. 4. Технология установки сталеминеральной анкерной крепи

Предварительное натяжение анкера

Геотехнология

37

. Сравнительная таблица сталеполимерной и сталеминеральной анкерных крепей

№ Параметры Сталеполимерная крепь Сталеминеральная крепь

1 Закрепление анкеров различными материалами

Полимерные ампулы + +

Минеральные ампулы - +

2 Высокоэффективное разрушение и перемешивание полимерных ампул +

3 Чувствительность к перебуру шпура Чувствительна (отвердитель полимерной ампулы может быть выдавлен в зону перебура и отверждения смолы не произойдёт) Малочувствительна

4 Прочность закрепления анке- Меньшая прочность за счет скопле- Повышенная прочность за счет

ра в шпуре ния пленки у дна и вдоль стенок шпура. Отсутствие клинового эффекта. уплотнения закрепляющего материала у дна шпура и проявления клинового эффекта

5 Устойчивость анкерной крепи При высоких температурах стержень Минеральная композиция явля-

к высоким температурам анкера накаляется, полимерная смола выгорает и крепь теряет несущую способность ется негорючей и не поддерживающей горение

6 Работоспособность крепи при длительном сроке службы выработки - С течением времени минеральная композиция набирает прочность

7 Применение для бесфундаментного монтажа ленточных конвейеров Только в условиях крепких пород почвы и малой обводнённости Без ограничений

8 Применение в агрессивных средах - +

9 Применение в условиях мно-голетнемёрзлых пород - +

сталеминеральной анкерной крепи см. рис. 4. Первоначально закрепление анкера происходит за счёт создания предварительного натяжения (более 2,5-3 тс) при затягивании гайки. При этом за счёт конструктивной особенности концевика анкера у дна шпура возникает клиновой эффект (уплотнение и распор минеральной композиции между стенками шпура и концевиком), что обеспечивает несущую способность крепи более 3 тс сразу после установки, а также сшивку и упрочнение пород. Далее происходит отвердение закрепляющего материала и набор несущей способности крепи до паспортного значения.

Выводы

1. К числу перспективных направлений применения анкерной крепи в сложных горногеологических и горнотехнических условиях угольных шахт, следует отнести внедрение стале-минеральных анкерных крепей.

2. Поддержание горных выработок при от-

работке угольных пластов, склонных к горным ударам, сталеминеральной анкерной крепью возможно без использования дополнительных демпфирующих элементов за счет конструктивных особенностей анкерных стержней АКМ 20.01-01, удовлетворяющих требованиям Инструкций [1,2].

3. В отличие от ампул на основе минеральных композиций, материалы полиэфирных ампул относятся к 3-му классу опасности, а полимеризо-ванный закрепляющий материал имеет сравнительно низкую термостойкость, которая может приводить к отказам крепи в условиях угольных пластов, склонных к самовозгоранию.

4. В условиях поддержания горных выработок с обводненными вмещающими породами и длительным сроком службы ампулы с минеральной композицией типа АМК обеспечивают надёжное закрепление анкеров, безопасность ведения горных работ и рекомендуются к применению согласно новой Инструкцией [2].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России. - СПб: ВНИМИ, 2000. -

70 с.

2. Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах Российской Федерации (первая редакция). - ОАО «ВНИМИ». - СПб, 203 с, 2012 г.

Авторы статьи:

Рогачков Позолотин

Антон Владимирович Александр Сергеевич

к.т.н., зам. дир. по научной к.т.н., директор по пер-

работе ООО «РАНК 2», спективному развитию

e-mail: anton_flikl@mail.ru ООО «РАНК 2», e-mail:

pozalex@mail.ru

Ренев

Алексей Агафангелович д.т.н., профессор каф. ПРМПИ КузГТУ, e-mail: raa.rmpi@kuzstu.ru

Гречишкин Павел Владимирович к.т.н., научный сотрудник ИУ СО РАН, e-mail: pv_grechishkin@mail.ru