Выбор параметров крепи и технологии ее возведения на месторождении «Восход»

Оригинальная статья

УДК 622.261.5:552.2 © М.Г. Султанов, А.К. Матаев, Д.С. Кауметова, Р.М. Абдрашев, А.С Куантай., Б.М. Орынбаев, 2020

Выбор параметров крепи и технологии ее возведения на месторождении «Восход»

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2020-10-17-21 -

В мировой практике на стадии проектирования, когда нет практических данных об устойчивости горных пород при проходке выработок, используют рейтинговые классификации массивов горных пород, в которых устойчивость массива оценивают в баллах. Классификации массивов являются основой эмпирического подхода к проектированию различных сооружений в скальных массивах, они нашли в этой области широкое распространение. Инженеры предпочитают численные значения качественным описаниям, и поэтому количественные классификации являются полезными при проведении изысканий и проектировании горных работ.

ключевые слова: горная порода, массив, Q-рейmинг, устойчивость массива, параметры крепи, анкер, торкретбетон, рейтинговые классификации. Для цитирования: Выбор параметров крепи и технологии ее возведения на месторождении «Восход» / М.Г. Султанов, А.К. Матаев, Д.С. Кауметова и др. // Уголь. 2020. № 10. С. 17-21. 001: 10.18796/0041-5790-2020-10-17-21.

ВВЕДЕНИЕ

В статье поставлена задача рассчитать и обосновать формы и размеры сечения горных выработок в соответствии с рейтинговой классификацией в условиях месторождения «Восход». В связи с этим необходимо выполнить анализ форм сечения горных выработок. Определены домены (зоны), схожие по физико-механическим свойствам, литологиям и т.д. Определены формы сечения горных выработок путем численного моделирования согласно выявленным зонам. Выполнен анализ полученных данных и выявлены наиболее оптимальные формы сечения для рассматриваемого месторождения. Объектом исследования является месторождение «Восход», расположенное в Хромтауском районе Актюбинской области, в 110 км восточнее г. Актобе и в 10 км северо-восточнее г. Хромтау.

Цель работы. Расчет и обоснование параметров крепи в соответствии с рейтинговой классификацией. Разработка методики выбора типа и параметров крепи согласно О-рейтингу. Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

- произвести обзорный анализ устойчивости техногенных обнажений в соответствии с рейтинговой классификацией;

СУЛТАНОВ М.Г.

Магистр техники и технологии, старший преподаватель кафедры «Металлургия и Горное дело» НАО «Актюбинский региональный университет имени К. Жубанова», 030000, г. Актобе, Республика Казахстан

МАТАЕВ А.К.

PhD докторант кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых»

НАО «Карагандинский технический университет» (КарТУ), 100027, г. Караганда, Республика Казахстан, e-mail: mataev.azamat@mail.ru

КАУМЕТОВА Д.С.

PhD докторант кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых»

НАО «Карагандинский технический университет» (КарТУ), 100027, г. Караганда, Республика Казахстан

АБДРАШЕВ Р.М.

Магистр техн. наук,

преподаватель кафедры «Металлургия и Горное дело» НАО «Актюбинский региональный университет имени К. Жубанова», 030000, г. Актобе, Республика Казахстан

КУАНТАЙ А.С.

Магистр техн. наук,

преподаватель кафедры «Металлургия и Горное дело» НАО «Актюбинский региональный университет имени К. Жубанова», 030000, г. Актобе, Республика Казахстан

ОРЫНБАЕВ Б.М.

Магистр техн. наук,

преподаватель кафедры «Металлургия и Горное дело» НАО «Актюбинский региональный университет имени К. Жубанова», 030000, г. Актобе, Республика Казахстан

- исследовать подход профессора Бартона к определению качества массива горных пород;

- разработать инструкцию для выбора типа и параметров крепи в зависимости от Q-рейтинга.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. ВЫБОР ТИПА КРЕПИ

В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РЕЙТИНГА УСТОЙЧИВОСТИ

МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД

Расчеты нагрузки на крепь горной выработки при различных категориях устойчивости согласно классификации Бартона приведены на рис. 1.

Согласно классификации Бартона, крепление выработок производится следующим образом (см. рис. 1): 1 - без крепления; 2 - крепление локальных участков анкерами; 3 - систематическое крепление анкерами в сочетании с фибро-торкретбетоном, толщина торкретбетонной крепи - 5-6 см; 4 - торкретбетонная крепь толщиной 6-9 см в сочетании с анкерной крепью; 5 - торкретбетонная крепь толщиной 9-12 см в сочетании с анкерной крепью; 6 - ар-мокаркасная торкретбетонная крепь (RRS I) толщиной 12-15 см в сочетании с анкерной крепью; 7 - армокаркас-ная торкретбетонная крепь (RRS II) толщиной более 15 см в сочетании с анкерной крепью; 8 - армокаркасная монолитная железобетонная крепь (RRS III) в сочетании с анкерной крепью; 9 - требует специальных расчетов для определения расчетов крепи.

При значениях Q-рейтинга от 40 до 100 горная выработка проектируется без крепления. По мнению многих исследователей [1, 2, 3, 4, 5] состояние горных пород при указанных значениях Q-рейтинга этой категории характеризуется как исключительно крепкие или весьма устойчивые породы. При проектировании крепи выработок в породах c Q-рейтингом от 10 до 40 параметры крепи допускается принимать без расчета. При этом длина анкеров должна быть не менее 30% от ширины выработки, а плотность - один анкер на 1 м2. На участках повышенной трещиноватости в качестве изолирующей крепи используется набрызгбетон-

Рис. 1. Выбор параметров крепи

ная крепь толщиной 2-3 см [2]. В породах с О-рейтингом 1-10 определение параметров крепи производится на основании расчета ожидаемых смещений или нормативных нагрузок пород на контуре выработок [6, 7].

При определении ожидаемых нагрузок на крепь со стороны кровли (рис.2) рекомендуется использовать следующие уравнения:

- для пород с О-рейтингом 4-10 - уравнение (2);

- для пород с О-рейтингом 1-4 - уравнение (1).

Анкером называют закрепляемый в шпуре стальной

стержень (штангу) из периодического профиля. Один конец анкера должен иметь головку или резьбу и гайку для удержания шайбы или подхвата [8, 9, 10]. Штанга небольшого диаметра (16-22 мм) длиной 1,8-3,0 м за счет высокой упругости стали при растяжении и ее прочности на разрыв наиболее эффективно работает именно при растяжении. Поэтому наиболее рационально устанавливать анкеры по направлениям максимальных смещений контура выработки. Анкеры за счет собственного сопротивления растяжению препятствуют расслоению, разуплотнению нарушенных пород, структурных блоков на контуре выработки, связывают их с ненарушенными породами в глубине массива [2].

Для всех видов анкерной крепи важным является подбор диаметров шпура и штанги. Их соотношение должно обеспечить надежную связь штанги с массивом по всей глубине шпура. Для подбора диаметров проводят промышленные испытания анкерной крепи в шахте. С помощью специальных домкратов с усилием 10-12 т производят выдергивание анкера из шпура.

В различных горно-геологических условиях анкерная (штанговая) крепь работает по-разному. В трещиноватых массивах анкера подвешивают блоки неустойчивых пород к ненарушенному массиву. В этом случае анкер растягивается под весом блоков подвешенных пород [6, 7, 11]. В слоистых, тонкоплитчатых массивах анкеры пронизывают и связывают отдельные малосвязанные слои пород в единую грузонесущую конструкцию типа составной плиты, тем самым увеличивают сцепление и трение между слоями. За счет натяжения анкеров между тонкими слоями пород возникают дополнительные силы трения. При этом устойчивость составной плиты, стянутой поперек слоев анкерами, приближается к устойчивости монолитной толщи пород [8, 12].

Параметрами анкерной крепи являются:

- отставание крепи от забоя;

- схема установки штанг по периметру сечения выработки;

- длина штанг (глубина их установки в массив);

- шаг установки штанг по длине и ширине выработки;

- разрывное усилие штанги (определяется маркой стали и диаметром арматуры).

По расчетам многих исследователей, несущая способность штанги (сталеполимерного анкера) составляет 8,5-10 т.

Длина анкера определятся исходя из размера ширины выработки и фактора использования характера выработки КБЯ. Для определения длины анкера используется уравнение [8]:

I

(2 + 0,15В)/ЕБЯ, м.

Количество анкеров на квадратный метр кровли (п ) определяется по формуле [5]:

= - 0,227 1пО + 0,839.

с ' ?

Расстояние между анкерами (Ц^, м) определяется по формуле:

Ц = 1/ п

Рекомендации по улучшению работы анкера:

- установка анкера сразу после обнажения груди забоя выработки;

- не допускать разрыва во времени между окончанием бурения шпуров под анкеры и их установкой. Не позднее следующей смены крепь должна быть установлена в пробуренные шпуры.

Для условий месторождения «Восход» определены диаграммы выбора длины анкера с учетом типа горной выработки (рис. 3).

В работе выполнен обзор существующих параметров форм сечения выработок.

Проведен расчет О-рейтинга природного массива по методике Бартона и определены зоны (домены) для месторождения «Восход».

Физико-механические свойства руды и породы обработаны в программе КосЬаЬ и произведено численное моделирование в программе Phase2 различных форм сечения выработок по выявленным зонам. По результатам моделирования определены наиболее оптимальные формы сечения выработок, соответствующие рейтинговой классификации Бартона. Рекомендуемые формы сечения выработок по выявленным зонам приведены в табл. 1.

Также произведена обработка физико-механических свойств искусственного массива в программе КосЬаЬ и произведено численное моделирование различных форм выработок, пройденных под искусственным массивом. По результатам моделирования определены наиболее оптимальные формы сечения выработок при отработке

рейтинг

Рис. 2. Нагрузка на крепь в зависимости от О-рейтинга

5 10 15 20

Пролет выработан [диаметр для вертикальны« выработок], м ♦ ка пигальнзл выработка Ш поцги тон и те л ы I а п &ы робот к л

Ж выработки водоотлива сопряжения

прямоу гол ьные оерт. выработки * круп ы с порт, п ы работки

Рис. 3. Расчет длины анкеров в зависимости от типа выработки

под искусственным массивом. Рекомендуемые формы сечения выработок при отработке под искусственным массивом приведены в табл. 2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе был проведен обзорный анализ устойчивости техногенных обнажений в соответствии с рейтинговой классификацией, разработанной различными зарубежными учеными.

Таблица 1

Рекомендуемые формы сечения выработок по выявленным зонам

п

О-рейтинг Описание массива О-рейтинг расчетный Зоны Формы сечения выработок

0,1-1,0 Очень слабый 1,0 II Прямоугольно-сводчатая, подковообразная, круглая

1-4 Слабый 1,43 I Прямоугольно-сводчатая, подковообразная, круглая, сводчатая с наклонными стенками на выработку, подковообразная трехцентровая

4-10 Средний 4,25 III Прямоугольно-сводчатая, подковообразная, круглая, сводчатая с наклонными стенками на выработку, трапециевидная, подковообразная трехцентровая

Таблица 2

Рекомендуемые формы сечения выработок при отработке под искусственным массивом

Очередность отработки Коэффициент качества закладочных работ Рекомендуемые формы сечения выработок

0,5 - - Прямоугольно-сводчатая с креплением кровли и бортов

I (с обеих сторон руда) - 0,7 - Прямоугольно-сводчатая с креплением бортов и плеч

- - 1,0 Прямоугольная с креплением бортов

0,5 Прямоугольно-сводчатая с креплением кровли и борта со стороны

II (с одной стороны руда с другой - закладка) рудного массива

- 0,7 - Прямоугольно-сводчатая с креплением в плече и борту со стороны рудного массива

- - 1,0 Прямоугольная с креплением в борту со стороны рудного массива

0,5 - - Прямоугольная с креплением кровли

III (с обеих сторон закладка) - 0,7 - Прямоугольная с креплением кровли

- - 1,0 Прямоугольная без крепления

На месторождении «Восход» выбор типа и параметров крепления осуществляется по Q-рейтингу, разработанному профессором Бартоном.

В работе проведены расчеты нагрузки на крепь горной выработки при различных категориях устойчивости согласно классификации Бартона, оценка поддержания горных выработок и проектирование параметров крепи.

В статье сделаны расчеты параметров крепи по Q-рейтингу.

Список литературы

1. ГОСТ 310.05-80. Бетон и железобетонные изделия. М.: Издательство стандартов, 1985. 288 с.

2. Пономарев А.Б., Винников ЮЛ. Подземное строительство: учебное пособие. Пермь: Издательство Национального исследовательского политехнического университета, 2014. 262 с.

3. Баизбаев М.Б., Абдрашев Р.М., Матаев А.К. Технологии проведения и крепления горных выработок. Интеллектуальная собственность от 11 марта 2020 г. № 8706.

4. Компьютерное моделирование напряженного состояния приконтурных пород вокруг выработок / В.Ф. Демин, Т.К. Исабек, Т.В. Демина и др. / Труды Международного симпозиума «Информационно-коммуникационные технологии в индустрии, образовании и науке». Ч. 3. 2012. С. 109-111.

5. Установление параметров анкерного крепления в зависимости от горно-технологических условий эксплуата-

ции выработок / С.Б. Алиев, В.Ф. Демин, В.В. Яворский и др. // Уголь. 2013. № 1. С. 69-72.

6. Hoek E., Carter T.G., Diederichs M.S. Quantification of the Geological Strength Index chart. ARMA, 2013. 672 p.

7. СНиП II-94-80. Подземные горные работы (Госстрой СССР). M.: Стройиздат, 1982. 76 с.

8. Разработка методики крепи горных выработок со слабыми породами кровли на примере рудника Восход-Oriel / И.Д. Арыстан, RM. Абдрашев, Д.А. Кабиева и др. // Горный журнал Казахстана. 2019. № 3 (167). С. 30-33.

9. Технологии проведения и крепления горных выработок: Mонография / И.Д. Арыстан, Mb. Баизбаев, РЖ Абдрашев и др. Актобе: АРГУ им. К. Жубанова, 2019. 99 с.

10. Оценка влияния горно-технологических факторов и схемы работы анкера на эффективность применения анкерного крепления в выемочных выработках / А.Д. Каратаев, В.Ф. Демин, Ю.Ю. Стефлюк и др. // Труды КарГТУ. 2014. № 1. С. 43-46.

11. Крепление горизонтальных горных выработок в условиях шахт Донского ГОКа / И.Д. Арыстан, Е.А. Абе-уов, RM. Абдрашев и др. / VIII Mеждународная научно-практическая конференция «Современные тенденции и инновации в науке и производстве», 03-04 апреля 2019. Кемерово: КузГТУ, 2019.

12. Bieniawski Z.T. Engineering Rock Mass Classifications. John Wiley, 1989. 251 p.

UNDERGROUND MINING

Original Paper

UDC 622.261.5:552.2 © M.G. Sultanov, A.K. Mataev, D.S. Kaumetova, R.M. Abdrashev, A.S. Kuantay, B.M. Orynbayev, 2020 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2020, № 10, pp. 17-21 DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2020-10-17-21

Title

DEVELOPMENT OF THE CHOICE OF TYPES OF SUPPORT PARAMETERS AND TECHNOLOGIES FOR THEIR CONSTRUCTION AT THE "VOSKHOD" FIELD

Authors

Sultanov M.G.1, Mataev A.K.2, Kaumetova D.S.2, Abdrashev R.M.1, Kuantay A.S.', Orynbayev B.M.1 ' Zhubanov Aktobe Regional University, Aktobe, 030000, Republic of Kazakhstan 2 Karaganda Technical University, Karaganda, 100027, Republic of Kazakhstan

Authors' Information

Sultanov M.G. Master of Engineering and Technology,

Senior Lecturer of "Metallurgy and Mining" department

Mataev A.K., PhD student of "Development of mineral deposits" department,

e-mail: mataev.azamat@mail.ru

Kaumetova D.S. PhD student of "Development of mineral deposits" department

Abdrashev R.M., Master of Engineering Sciences, teacher of "Metallurgy and Mining" department

Kuantai A.S., Master of Engineering Sciences, teacher of "Metallurgy and Mining" department

Orynbayev B.M., Master of Engineering Sciences, teacher of "Metallurgy and Mining" department

Abstract

In world practice, at the design stage, when there is no practical data on the stability of rocks during excavation, rating classifications of rock masses are used, in which the stability of the array is evaluated in points. Classifications of massifs are the basis of an empirical approach to the design of various structures in rock massifs, and are widely used in this area. Engineers prefer numerical values to qualitative descriptions, and therefore quantitative classifications are useful when conducting surveys and designing mining operations.

Keywords

Rock, Array, Q-rating, Array stability, Support parameters, Anchor, Shotcrete, Rating classifications.

References

1. GOST 310.05-80. Concrete and reinforced concrete products. Moscow, Standards Publ., 1985, 288 p. (In Russ.).

2. Ponomarev A.B. & Vinnikov Yu.L. Underground construction: Textbook allowance. Perm: Permsky National Researched Polytechnic University Publ., 2014, 262 p. (In Russ.).

3. Baizbaev M.B., Abdrashev R.M. & Mataev A.K. Sinking and fixing of mine workings. Intellectual property, March 11, 2020, No. 8706 (In Russ.).

4. Demin V.F., Isabek T.K., Demina T.V. et al. Computer modeling of the stress state of marginal rock mass around mine workings. Proceedings of the International Symposium "Information and communication technologies in industry, education and science", Part 3, 2012, pp. 109-111. (In Russ.).

5. Aliev S.B., Demin V.F., Yavorsky V.V. et al. Setting the parameters of anchor anchorage depending on the mining and technological conditions of exploitation of workings. Ugol' - Russian Coal Journal, 2013, No. 1, pp. 69-72. (In Russ.).

6. Hoek E., Carter T.G. & Diederichs M.S. Quantification of the Geological Strength Index chart. ARMA, 2013, 672 p.

7. SNiP II-94-80. Underground mining works (Gosstroy of the USSR). Moscow, Stroizdat Publ., 1982, 76 p. (In Russ.).

8. Arystan I.D., Abdrashev R.M., Kabieva D.A. & Mataev A.K. Development of a technique for supporting mine workings with weak roof rocks using the example of the Voskhod-Oriel mine. Mining Journal of Kazakhstan, 2019, No. 3 (167), pp. 30-33.

9. Mataev A.K., Baizbaev M.B., Abdrashev R.M. et al. Sinking and fixing of mining workings: Monograph. Aktobe, Zhubanov Aktobe Regional State University Publ., 2019, 99 p. (In Russ.).

10. Karataev A.D., Demin V.F., Steflyuk Yu.Yu. et al. Assessment of the influence of mining and technological factors and the scheme of the anchor operation on the effectiveness of anchor fastening in excavation workings. Proceedings of the KarSTU, 2014, No. 1, pp. 43-46. (In Russ.).

11. Arystan I.D., Abeuov E.A., Abdrashev R.M. & Mataev A.K. Fixing horizontal mine workings in the conditions of mines of the don GOK. VIII International scientific and practical conference"Modern trends and innovations in science and production", April 3-4, 2019. Kemerevo, KuzSTU Publ., 2019. (In Russ.).

12. Bieniawski Z.T. Engineering Rock Mass Classifications. John Wiley, 1989, 251 p.

For citation

Sultanov M.G., Mataev A.K., Kaumetova D.S., Abdrashev R.M., Kuantay A.S. & Orynbayev B.M. Development of the choice of types of support parameters and technologies for their construction at the"Voskhod" field. Ugol'- Russian Coal Journal, 2020, No. 10, pp. 17-21. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-57902020-10-17-21.

Paper info Received June 2,2020 Reviewed August 14,2020 Accepted September 9,2020

На шахте «Распадская-Коксовая» введена в эксплуатацию новая лава

На шахте «Распадская-Коксовая» (ООО «Распадская угольная компания») в первой декаде сентября 2020 г. завершился перемонтаж добычного комплекса. Введена в эксплуатацию новая лава с запасами 1 млн т коксующегося угля.

Лава № 3-3-1 бис - вторая в современной истории шахты. До 2019 г. горняки добывали уголь короткими забоями с помощью метода камерно-столбовой отработки. С переходом на лавную технологию увеличили объемы производства с 50 до 100 тыс. т угля в месяц. В новой лаве планируют нарастить их до 130-140 тыс. т.

В лаве № 3-3-1 бис работает бригада Александра Берку-това, всего свыше 120 человек. Основной костяк коллектива состоит из опытных добычников, которые пришли с других предприятий, но несколько лет назад уже работали на первом поле шахты «Распадская-Коксовая».

Горняки добывают уголь с помощью нового высокопроизводительного комбайна KSW-1140. Вместо лавного конвейера с шириной линейного става 0,85 м используют конвейер с шириной 1,1 м, что помогает транспортировать больше угля.

Для безопасной угледобычи на поверхности установлен вентилятор УВСГ-15, под землей смонтирован дегазационный трубопровод диаметром 1400 мм - пропускную способность по утилизации метана увеличили по сравнению с предыдущей лавой.

Шахта «Распадская-Коксовая» добывает уголь дефицитной марки К, востребованный металлургами. Основные потребители угля - ЕВРАЗ ЗСМК и ЕВРАЗ НТМК.

ооо научно-производственное предприятие

«ЗАВОД МОДУЛЬНЫХ ДЕГАЗАЦИОННЫХ УСТАНОВОК»

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДЕГАЗАЦИИ И УТИЛИЗАЦИИ МЕТАНА

МЕТАН ПОД КОНТРОЛЕМ!

г. новокузнецк шоссе северное, 8

www.zavodmdu.ru

info@zavodmdu.ru тел.: +7 (3843) 991-991