Программный комплекс по расчету параметров анкерного крепления пластовых выработок

В.Т. Преслер

д-р техн. наук, ведущий научный сотрудник Института угля СО РАН

В.Е. Ануфриев

канд. техн. наук, старший научный сотрудник Института угля СО РАН

Н.В. Черданцев

д-р техн. наук, старший научный сотрудник Института угля СО РАН

УДК 622.283.76

ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ПО РАСЧЕТУ ПАРАМЕТРОВ АНКЕРНОГО КРЕПЛЕНИЯ ПЛАСТОВЫХ ВЫРАБОТОК

Представлен программный комплекс по расчету параметров анкерного крепления выработок, проводимых в угольных пластах. Комплекс реализует инженерные методы расчета свода опорного давления, формируемого над горными выработками при их проведении, параметров геомеханической обстановки в окрестности этих выработок и параметров их анкерной крепи. Комплекс содержит 14 модулей, ориентированных на разнообразные горно-технологические условия проведения горных выработок, и может эксплуатироваться непосредственно в технологических службах шахт. Ключевые слова: АНКЕРНОЕ КРЕПЛЕНИЕ ВЫРАБОТОК, СВОД ДАВЛЕНИЯ, ОПОРНОЕ ДАВЛЕНИЕ, ПРОГРАММНЫЕ МОДУЛИ, ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС

В Институте угля СО РАН разработано программное обеспечение по расчету параметров анкеров глубокого заложения (второго уровня), используемых для усиления крепления выработок, проводимых по угольным пластам, в типичных для Кузбасса горнотехнических условиях. Оно базируется на инженерных методах расчета геомеханического состояния приконтурного массива, теории сводообразования и эмпирических зависимостях параметров среды от крепости пород и угля, полученных экспериментальным путем.

Программное обеспечение реализовано в виде комплекса из 14 самостоятельных программных модулей в среде широко известного программного средства Microsoft Excel. Комплекс включает следующие модули:

1 Расчет параметров канатных ан-

керов для крепления выработок вне зоны влияния выработанных пространств лав.

2 Расчет параметров канатных анкеров для крепления выработок в зоне влияния временного опорного давления лавы.

3 Расчет параметров канатных анкеров для крепления выработок в створе с лавой.

4 Расчет параметров крепления выработок, поддерживаемых на границе выработанного пространства (определение сопротивления посадочно-защитной крепи).

5 Расчет параметров крепления выработок, охраняемых узким целиком на границе выработанного пространства.

6 Расчет параметров канатных анкеров для усиления крепления сопряжений выработок при их пересечении под острым углом.

7 Расчет параметров канатных анкеров для усиления крепления со-

пряжений выработок при их пересечении или примыкании под прямым углом.

8 Расчет параметров канатных анкеров для усиления крепления выработок и их сопряжений в зоне остаточного и временного опорного давлений выработанных пространств отработанной лавы и действующей смежной лавы.

9 Расчет параметров канатных анкеров для усиления крепления выработок, пересекающихся или примыкающих под прямым углом, и их сопряжений в зоне остаточного и временного опорного давлений выработанных пространств отработанной лавы и действующей смежной лавы.

10 Расчет параметров канатных анкеров для усиления крепления выработок, находящихся под влиянием ППГД от краевой зоны угольного пласта.

11 Расчет параметров канатных ан-

керов для усиления крепления выработок, пересекающих зону ППГД от оставленных целиков.

12 Расчет параметров канатных анкеров для крепления демонтажной камеры или демонтажного ходка, развиваемых от механизированного комплекса, при условии подбучи-вания основной кровли.

13 Расчет параметров канатных анкеров для крепления демонтажной камеры или демонтажного ходка, развиваемых от механизированного комплекса, при условии неподбу-чивания основной кровли.

14 Расчет параметров канатных анкеров для крепления выработок при наличии в тонкослойных, трещиноватых породах кровли глинистых конгломератовых прослоев.

Модули имеют однотипную структуру, которая включает общий заголовок, вводную и расчетную части со своими заголовками и специальную часть - резюме, в котором представляются итоговые результаты расчетов. В свою очередь, вводная и расчетная части модуля могут содержать отдельные разделы, их заголовки и резюме по расчетным разделам. Исходные и расчетные данные располагаются в два параллельных ряда и специфицируются: снабжаются смысловым названием данного, идентификатором и размерностью, которые полностью определяют используемые величины. В некоторых модулях расчет сопровождается сообщениями и комментариями, которые выделяются соответствующим цветом. Позиции ввода исходных и расчетных данных также выделяются соответствующим цветом заливки, а их числовые значения - цветом шрифта.

В модулях 1, 2, 3, 4, 5, 12, 13, 14 расчет проводится в один этап, в результате формируется резюме о применении канатных анкеров со-

ответствующей длины и количества на метр. В модуле 14 длины анкеров определяются в направлении двух боков выработки. Кроме этого, по критерию определяется достаточность крепления и необходимость корректировки сопротивления стоечной крепи. В модуле 4 конечной целью расчета является выявление достаточности в целом несущей способности посадочно-защитной крепи (ПЗК).

Исследование этой способности проводится путем изменения несущей способности отдельных компонентов крепи: стоечной, двух рядов анкерных крепей усиления, секций механизированной крепи. По разнице значений расчетной суммарной способности ПЗК и заданной табличной определяется достаточность несущей способности ПЗК в целом и требуемая несущая способность отдельных компонентов крепи, при которой обеспечивается эта достаточность. В модуле 12 проверяются условия подбучива-ния кровли, а в модуле 13 ее непод-бучивание. При невыполнении соответствующего условия выдается сообщение о том, каким из модулей следует воспользоваться для проведения расчетов по демонтажным выработкам. В модуле 12 анализируются введенные пользователем размеры целиков (междукамерный и между лавой и первой демонтажной камерой) и устанавливается та демонтажная выработка, для которой необходимо произвести расчет параметров крепления. В результате анализа формируется код, идентифицирующий выработку, по которому в дальнейшем регулируется ход расчета.

В модуле 13 дополнительно проводится анализ достаточности сопротивления крепи в целом посредством регулирования сопротивлений стоечной крепи и двух рядов анкерных крепей и удельной

несущей способности секций механизированной крепи. Исчерпание возможности по регулированию сопротивления стоечной крепи определяется ее заданным максимальным сопротивлением. Регулирование сопротивления анкерной крепи ограничивается заданным максимальным суммарным сопротивлением ее двух рядов. По итогам анализа выдается сообщение о достаточности сопротивления крепи либо увеличению сопротивления стоечной крепи, двух рядов канатных анкеров, либо проведению мероприятий по разупрочнению кровли. В модулях 12 и 13 формируются пространные резюме о параметрах канатных анкеров, расстановке их рядов в выработке и углах их наклона к горизонту.

В модулях 6 и 7 расчет проводится в два этапа. На первом рассчитываются параметры подработки пород кровли и крепи по каждой выработке сопряжения, определяется уровень анкеров усиления (сталеполи-мерные, канатные) и формируется рекомендация об их длине. На втором этапе в модуле 6 рассчитываются параметры подработки пород сопряжением этих выработок по максимальному и минимальному пролетам. Определяется уровень анкеров усиления, и формируется резюме о применении анкеров соответствующего уровня, числа и также длины, установленной по максимальному пролету. В модуле 7 на втором этапе расчет проводится только для одного пролета, поскольку их размеры совпадают. В резюме отражается количество анкеров только по одному пролету в силу их совпадения.

В модулях 10 и 11 расчет проводится в три этапа. На первом этапе в модуле 10 рассчитываются все необходимые параметры для про-

Модуль Л. Расчет параметров канатных анкеров .1,1 я крепления выработок в створе с лавой

Исходны« данные

Плотность перса f-pc ми тс >i3 У г,5 14 & Vit.i nm uuí iLiacn

Г-IVÍUHI рхле-нжпвд nipjinTMi Я н 300 0,1 r-v -4 (ptJHrt pa((íoannr ÍKtJl1 TpfUIWMH

[]||Ернна вьЕраооткп и te ки^юимяширмн м ь Ъ* 5,5 5,7 1 4,22 f /) < pr.lMf í JUlll TNHÍ4 J-prnOh 1Ь mü Tí 4 nopoj h-pot 14 u Bll.titu

Вьк«т1 вкоячм* Se» ebipiSomi я Ь* 3,4 к л 0,5 1.t. лффииитш fMH*f Hit» tltu 1 1Т.Г' .111Ы

RumiMirilla ЛЖН MtlflHtCTb R.11CT1 я 2,8 i Г 220 1м -4 Яьна .1авъ| н r< tpf Jirrrjl пчпа* гкпрогть

Мошноеть порол »пи^лгтлнпнй KpoaiiE м з ч ч 12 * 1ПЧ пи^вкгаввв

H«UI пр*,шки ПСрИЛ В Vpúl.-lt ILlJflJ H лр" s п 3,4 5 0,3 lllupiiiii ищи вч'иичяоги V04ilft«l Ц J.IJJHl

ir.iHHHMi лримчт i чкпч riKo»m ua+pi я 0,3 ¿0 4,2 KtHTiKii 4rv vp^iH f лер«»1|н vp^iiH

H№Vii fnttriHHTb mtptt «ревнтй 1.! те А', 12 100 Жш Vír.ihmi Чг^мнач fTk CthlIHÍ ML vpfnu

21 3 Тк rtt Тш.^™ 1 t-1,2-11,9 -W, 4 - IV

Попаданию < )|>к<н т л ni i tt ipflí <-ы \ вое стан 11 ю) пласта n^iíom Г*» - (1, 2, J> Э 1 Н а П[>а пленке м.к-мкц ! _ По простиранию пласта *-+ Н| V ^г

Параметры опорного давления, свода давления, нагрузим на крепь, анкеров п другие расчетные данные

Г-pHOf ИПя тН 7,5 0.07 го Mtf Bp«^tlt Ш14Л .ивы

tÓÍ№M4JÍ лр«чии<Тк П-ПКТ! МПв Ю.О 42 />tf¿ í'rt-1 iMJTJtHUfíí Т^ФИЧЧ

0(ТИ(ЧХ11 HfíVMfn 44(11  «rf МП* aш 3,35 59

ШкГМ^П'Ч ОПОрПЭГО .J 1Б.ТгННЯ .1 3 Г hE .4 lia СГ* 34,7 72 Viifit ЬЕ J3E.W H II П

Щмрнва ПН 3 Я 1» 10,7 65 Viüfi}

Ширин! ЮНЫ |)Л )|ОШ ГНИЯ В Ькч ВЫрiSoTNM я 6,0 0.78 X Ai, КлзффииНСКТ Sot-чКК  lltll<llll

Ши оор^тцгння ОГИОВИСИ KpOB.lll 11 J-EIE111 я 11,7 и Ь 0.60 Áf, ^шффиииешы И'ШЧПШ и EAITHI H (ВНЖИШИ

И11ЕФ.Б1Л]В1(1П1111 « Cl'ippJ 6.7 i i 0 95 прочное 1IE ппро^ KqMB.llL

Chjidekbhe АрсщпЛи гхззе] 1 и iiopqj краВ1м А* h 0.24 Щ Ч 0.70 A» Ко^ффниннп tlUÍBHJ гкорие 1И ПИЛЛНЕ1МИЯ .11111 и

Кюффишггнг potia 5«л»ог( oittopi со BptMíHfH i.t. 0.82 Л л 6.70 Í < Т1Ч1Ц f ЦИЯ uja Г i f КИЯ

Ilo.llDCII nuujiuniiii 1Ш Elt пи я О 28.3 X £ 0.98 1ж Корффнинещы ЕПКМВНИ про'шоет iLiatia

при с тир пеню [LiiEii н ntpnfH^iiKviitpHQ НП' Ох 70.4 т и 0,33 с* вршЕвш н оБп^шгввым

[ipO-ТГТ ГЛОЛЗ ULE EbipifionXH В fnnpf С .11Л0Н м 15.0 « О. 0.38 Ai, Ко?ффиииек1 f Ерь горного üe.tiE.inouiLliETi

Коорлип елоj i .]JK |гккя вад иАосилавы я fl 5,7 1.50 Г. JU Ширит |1ри)ЧЫ ^ЮЛМНИЯ В ВN1 КЧгМ Í0к>

Hfidnu BbipiÍHTlI 4,6 1,67 t'l V(nnv ЬЧ^идщцт p«Ti юпрч^чрй i ПН I ивы

М1КСНЧ1.1Ш1Я BblíOPi И П 1СШUb чЧгННЯ KDHEipi E1DJI ЛШПНЯ и MZ г $ 5.2 25,2 725 I't ííffci JP ^цффщтпвт пркгр11|Л1 KÚHÍ 0.1И iirUL-Ji-jiqui 1щр#л

Пкш к ; Juinu Шриа ni ьргнь тс .ч* Q p 63.0 11,6 3.0 6.1 н í iKll ,4 Чн; lo и j 1ЧН1 >HNtp«> ет- poíо

Резюме К проекту принимаются анкеры второго уровня длиной

м из расчета 3 энкер/м

Рисунок 1 - Модуль 3, по которому производят расчет параметров канатных анкеров для крепления выработок в створе с лавой

ектируемой выработки и краевой зоны угольного пласта. В модуле 11 эти параметры рассчитываются для проектируемой выработки и целика. На втором этапе в модуле 10 устанавливается влияние краевой зоны и интервал этого влияния на выработку и выдается соответствующее сообщение. В модуле 11 устанавливается тип и интервал влияния целика на выработку (податливый, жесткий, разрушаемый) и выдается соответствующее сообщение. При этом в обоих модулях контролируется допустимое по ПБ расстояние

между целиком и выработкой. На третьем этапе рассчитываются параметры крепи усиления выработки с учетом влияния краевой зоны либо целика.

В модулях 8 и 9 расчет проводится в семь этапов. На первых двух этапах расчет ведется аналогично модулям 6 и 7, включая формирование рекомендаций по длине анкеров для одиночных выработок и параметров крепи для пролетов сопряжения. На третьем этапе рассчитываются параметры остаточно-

го опорного давления выработанного пространства (ВП) смежной лавы, устанавливается его влияние на первую выработку большей ширины и формируется сообщение об этом. Если влияние ВП выявлено, рассчитываются параметры опорного давления в первой выработке с его учетом, параметры свода давления, нагрузки и крепи. По результатам формируется резюме об усилении крепления выработки анкерами второго уровня соответствующей длины и числа. В противном случае расчет не производится.

Рисунок 2 - Модуль 7, по которому производят расчет параметров канатных анкеров для усиления крепления сопряжений выработок при их пересечении или примыкании под прямым углом

16

На четвертом этапе проводится оценка влияния ВП смежной лавы на сопряжение выработок и формирование соответствующего резюме по его креплению анкерами по максимальному и минимальному пролетам.

При этом рекомендуется длина анкеров, рассчитанная для максимального пролета. В модуле 9 эта оценка проводится только по одному пролету в силу их равенства. На пятом этапе рассчитываются пара-

метры временного опорного давления действующей лавы. По результатам этой оценки с учетом влияния действующей лавы на шестом и седьмом этапах рассчитываются параметры подработки пород кровли и крепи усиления для первой выработки и сопряжения выработок по его пролетам (в модуле 9 по одному пролету), а также формируются соответствующие резюме по креплению одиночной выработки и сопряжения выработок.

Эти резюме являются итоговыми. Ниже на рисунках 1 и 2 представлены два модуля из комплекта.

Программный комплекс может быть использован для проектирования паспортов крепления непосредственно в шахтах. Комплекс не требует особых навыков освоения в силу ориентации на технологов шахт и может быть поставлен на любой персональный компьютер, имеющийся в технологических службах.

PROGRAM COMPLEX FOR SEAM OPENINGS ANCHOR SUPPORT Преслер

PARAMETERS CALCULATION Вильгельм Теобальдович

V.T.Presler, V.Ye. Anufriev, N.V. Cherdantsev тел.(3842) 45-20-61

Program complex for seam openings anchor sup-port parameters

calculation is presented. The complex realizes engineering methods Ануфриев Виктор Евгеньевич

of calculation of the roof basic pressure formed over mine openings at е-mail: anufrve@mail.ru

their heading, of geomechanical conditions parameters around these

openings and parameters of their anchor support. The complex contains Черданцев

14 modules focused on various mining-technological conditions of mine Николай Васильевич

opening heading and can be operated directly in technological services е-mail:

of mines. cherdantsevnv@icc.kemsc.ru

Key words: OPENING ANCHOR SUPPORT, ROOF PRESSURE, BASIC

PRESSURE, PROGRAM MODULES, PROGRAM COMPLEX

17