Обзор применяемых методов контроля эффективности анкерного крепления

УДК 622.284.74

А.П. Кострыкин, К.В. Шайдулин, Е.Н. Ушаков, П.Е. Мерзляков

Обзор применяемых методов контроля эффективности

анкерного крепления

Описываются методы контроля за состоянием горных выработок, закрепленных анкерной крепью.

Ключевые слова: АНКЕРНАЯ КРЕПЬ, ГОРНАЯ ВЫРАБОТКА, НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ

Анкерное крепление в настоящее время является основным видом крепления горных выработок на шахтах Кузбасса. На большинстве шахт Кузбасса годовые объемы крепления горных выработок анкерами достигают 60-70% от общего объема проведения горных выработок, а на некоторых шахтах эти объемы достигают 90%. Производители анкерных крепей изготавливают различные конструкции анкеров с закреплением стержня анкера различными способами (механический, химический, при помощи минеральных составов).

В соответствии с действующей в настоящее время «Инструкцией по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России» [1] требуется постоянный контроль за работоспособностью анкерной крепи.

Основными методами контроля состояния горных выработок, закрепленных анкерной крепью, являются:

1 Определение типа кровли и сопротивления пород на сжатие [1]

Если определение типа кровли и сопротивления пород кровли на сжатие на основании геологоразведочных работ недостаточно надежно, то оценку соответствия параметров крепления кровли, принятых в проекте паспорта, требуемым в данных условиях, следует производить при засечке выработок и сопряжений путем бурения контрольной скважины в кровлю. При этом производится отбор керна для определения типа кровли, прочности, мощности, слоистости и трещиноватости пород. Если выявлено отличие фактического строения и прочности пород от принятых в паспорте крепления выработки, особенно в худшую сторону, производят корректировку паспорта крепления. В дальнейшем при проходке протяженных выработок систематический контроль за свойствами кровли производят путем оценки скорости бурения скважин для анкерной крепи, состава штыба, а также осмотра кровли. При выявленном отличии состояния кровли от определенного при засечке бурят дополнительные контрольные скважины и по ним при необходимости проводят корректировку паспорта крепления выработки.

2 Определение существующей трещиноватости слоев и прослойков, пересекаемых скважиной в массиве пород кровли

Данные измерения и исследования проводятся при помощи приборов - эндоскопов.

Приборы предназначены для оценки положения геологических границ слоев в кровле и наличия в слоях трещиноватости и раскрытых трещин разрушения. Приборы, как правило, состоят из зонда, измерительного блока, комплекта досылочных штанг и зарядного устройства.

Принцип работы эндоскопов на основе прибора типа ОС заключается в следующем.

Зонд досылается с помощью штанг до забоя скважины. При перемещении зонда от забоя к устью автоматически регистрируются показания зонда с периодичностью до 100 отсчетов в минуту и цифровой записью в память. Скорость перемещения зонда до 1 м/мин. Выход зонда фиксируется в записи. Результаты измерений могут быть вызваны на экран прибора для визуального анализа. Продолжительность работ составляет 20-30 мин на одну скважину.

3 Контроль за деформационным состоянием массива горных пород

Контроль за деформационным состоянием массива горных пород производится при помощи аппаратуры постоянного контроля деформационного состояния горных пород КДМ-1 и КДМ-2, предназначенной для дистанционного контроля расслоения, отслоения и разрушения пород кровли, боков и почвы горных выработок, а также деформирования шахтных целиков различного назначения. Достоинством данной аппаратуры является постоянный контроль заданных деформаций пород, особенно в условиях выработок, закрепленных анкерной крепью, не безопасных для нахождения людей, и в труднодоступных местах.

Принцип действия аппаратуры основан на преобразовании линейных перемещений датчиком в электрические сигналы, которые фиксируются электронным блоком прибора.

Аппаратура постоянного контроля деформационного состояния массива горных пород включает составной центральный стержень, на конце которого закреплены распорные упругие пластины для надежного закрепления его передней части в скважине. Элементом передачи деформации является подвижный шток датчика, жестко связанный с задним концом центрального стержня. Датчик аналогичным образом с помощью упругих пластин надежно закреплен в устье скважины. Подвижный шток датчика преобразует линейные перемещения в электрический сигнал, который поступает в регистрирующий электронный блок прибора, а тот преобразует деформации в излучаемые прерывистые световые сигналы.

4 Проверка фактической несущей способности стержней анкерной крепи [1,2]

Определение фактической несущей способности производится приборами типа ПКА-1, ПКА-3, ВШГ-20 (рисунок 1).

Работы по определению фактической несущей способности анкерной крепи ведутся в следующей последовательности:

1 На выступающий из скважины резьбовой конец стержня испытуемого анкера навинчивается соответствующий переходник испытательного прибора.

2 На переходник устанавливается испытательный прибор (ПКА-1, ПКА-3, ВШГ-20).

3 Анкер нагружается растягивающей силой до момента извлечения его из скважины, разрыва стержня или до определенной нагрузки в зависимости от задачи испытания.

Если фактическая несущая способность хотя бы одного испытанного анкера будет меньше принятой в паспорте крепления выработки, необходимо произвести корректировку паспорта крепления или перейти к применению других анкеров с более качественными техническими показателями. Определение несущей способности необходимо проводить систематически через каждые 80-100 м пройденной выработки. В случаях изменения свойств и обводненности пород, изменения конструкции применяемых анкеров, использования новых ампул и технологии установки обязательно производится контроль несущей способности.

а б в

а - ВШГ-20; б - ПКА-3; в - ПКА-1 Рисунок 1 - Приборы для испытаний анкерной крепи

5 Систематический контроль работоспособности анкерной крепи

Систематический контроль работоспособности анкерной крепи производится путем визуальной оценки состояния анкеров, подхватов, затяжки и величины смятия демпфирующих податливых элементов. Для повышения качества контроля работоспособности анкерной крепи на всех участках выработок с различными породами и конструкциями анкеров и в местах с наиболее тяжелыми условиями поддержания выработок необходима установка на анкерах индикаторов давления, динамометров, а также глубинных реперов в отдельных скважинах.

Индикаторы давления (рисунок 2, а) представляют собой устройства, устанавливаемые между гайкой анкера и опорной шайбой анкерной крепи, которые при увеличении нагрузки на анкерную крепь деформируются. Это позволяет работникам, осуществляющим контроль за состоянием выработки, своевременно получить информацию о необходимости усиления крепления на контрольном участке горной выработки.

Анкерные динамометры (рисунок 2, б), также как и индикаторы давления, устанавливаются между гайкой анкера и опорной шайбой. Динамометры показывают нагрузку на анкерную крепь при помощи стрелочных указателей.

Анкерные динамометры встречаются различных типов:

- динамометр АД устанавливается на выступающий конец анкера между верхняком (подхватом) и натяжной гайкой. Динамометр состоит из специальной резины, расположенной между стальными опорными плитами, и стрелочного указателя нагрузки. Принцип действия динамометра

основан на измерении расстояния между плитами за счет упругих деформаций пластины под действием нагрузки на стержень анкера. Определение нагрузки осуществляется визуально по положению стрелки указателя нагрузки;

- гидравлические анкерные динамометры (применяются в тоннелестроении) используются для контроля нагрузок в оттяжках, анкерных болтах и якорных канатах. Состоят из двух кольцеобразных пластин из нержавеющей стали, сваренных по периметру. Пустота между ними заполнена деаэрированным маслом под вакуумом. Нагрузка непосредственно измеряется манометром, соединенным с корпусом камеры. Манометр калибруется в лаборатории для считывания показаний прямо в килоньютонах;

- возможно также применение электрических динамометров, передающих сигнал о нагрузке на считывающие устройства (в настоящее время на угольных шахтах не применяются).

Глубинные реперы (рисунок 2, в) предназначены для определения величины отслоения закрепленной анкерной крепью кровли выработки от вышележащего массива и расслоения кровли по всей длине анкеров.

Принцип действия глубинных реперов основан на том, что при отслоении заанкерованной кровли от вышележащего массива, расслоении и смещении учитывается расстояние от глубинного репера до устья скважины, в результате чего индикаторы, закрепленные на тросе глубинного репера, вдвигаются в устье скважины. При этом величина перемещения индикатора, соединенного с глубинным репером, непосредственно определяет величину расслоения кровли по всей длине анкера. Величина отслоения закрепленной анкерной крепью кровли от вышележащего массива определяется по разнице перемещения индикаторов от глубинного репера в конце анкера и от глубинного репера в вышележащем массиве.

а б в

а - индикатор давления ступенчатый; б - гидравлический динамометр; в - глубинный репер РГ-2

Рисунок 2 - Приборы для систематического контроля за анкерной крепью

Контроль за состоянием горных выработок является одним из важнейших этапов в проведении и поддержании горных выработок, что обеспечивает своевременное укрепление проблемных участков горных выработок и повышает безопасность поддерживаемых горных выработок.

В настоящее время основными применяемыми методами контроля за состоянием анкерной крепи являются периодическая проверка несущей способности анкерных стержней и установка глубинных реперов для контроля расслоения пород кровли.

Для обеспечения безопасности проведения и поддержания горных выработок на угольных шахтах Кузбасса необходимо создавать подразделения, которые будут специализироваться на контроле за состоянием горных выработок и установке анкерной крепи.

Необходимо проводить работы по созданию широкого спектра приборов для испытаний несущей способности анкерной крепи (существующие приборы имеют большие габариты и массу), приборов для эндоскопического исследования строения кровли, аппаратуры контроля за состоянием массива горных пород, различных датчиков и индикаторов давления и др. Разрабатываемое оборудование должно отличаться простотой использования и легкостью установки. Некоторые методы контроля за состоянием кровли можно позаимствовать из тоннелестроения при создании приборов и оборудования, адаптированного к условиям угольных шахт, опасных по газу и пыли.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России. -СПб.: ВНИМИ, 2000. - 70 с.

2 ГОСТ Р 52042-2003. Крепи анкерные. Общие технические условия.

REVIEW OF ANCHOR SUPPORT EFFICIENCY INSPECTION METHODS IN USE

A.P. Kostrykin, K.V. Shaidulin, Ye.N. Ushakov, P.Ye.Merzliakov

Mine opening supported with anchor support condition inspection methods are described.

Key words: ANCHOR SUPPORT, MINE OPENING (MINE GALLERY), CARRYING CAPACITY

Кострыкин Антон Павлович Tел. 89134389660

Шайдулин Константин Владимирович

Тел. 89234992255

Ушаков Егор Николаевич

Tел. 89133016874

Мерзляков Павел Евгеньевич

Tел. 89133016870