ООО «Ранк 2» - Бесфундаментный монтаж станций конвейеров в подземных горных выработках с применением анкерной крепи

В настоящее время на угольных шахтах Кузбасса ежегодно вводится в строй более 100 ленточных конвейеров. Традиционно для монтажа приводных, концевых и натяжных станций ленточных конвейеров использовались различные технологии.

В связи с этим ООО «РАНК 2» была рассмотрена возможность анкерного крепления ленточных конвейеров непосредственно к почве выработки на минеральную композицию. Совместно с ООО «АМК» разработана рецептура минеральной композиционной смеси для применения в условиях большой обводнённости, подземных водотоков и возможных сдвиговых нагрузок на анкерную крепь.

Технологии монтажа станций ленточных конвейеров

Подтверждение работоспособности минеральной композиции в сочетании с предлагаемой анкерной крепью в указанных горно-геологических и горнотехнических условиях на первом этапе потребовало проведения лабораторных испытаний. Для этого были изготовлены искусственные скважины со сквозным отверстием диаметром 45 мм, а также комбинированные анкеры типа АКМ.Конструкция анкеров представлена на рисунке.

Головка на концевике служит для создания клинового эффекта: в результате приложения нагрузки на анкер достигается распор минеральной композиции у дна шпура и надёжное закрепление анкера.

Эксперименты проводились следующим образом: в искусственные скважины были помещены анкеры с опорными головками различного диаметра (38 мм, 40 мм и 43 мм); скважины поочерёдно засыпались минеральной композицией до устья и заполнялись водой для имитации условий высокой обводнённости; проверка прочности закрепления производилась штанговыдергивателем сразу после заполнения скважины без ожидания отверждения закрепляющего материала.На рис. 2 представлены усреднённые эмпирические диаграммы,отображающие смещения (U) анкеров с различными размерами головок, закрепленных минеральной композицией в зависимости от прилагаемых нагрузок (N).

Нагрузочная способность анкеровс различным размером головки, закреплённых на минеральную композицию

Лабораторные испытания показали, что при установке анкеров указанным способом в обводненном шпуре обеспечивается значительная несущая способность сразу посл еустановки крепи, без ожидания отверждения закрепляющего материала. Из рис. 2 видно, что при величине кольцевого зазора между головкой анкера и стенкой скважины — 1 мм (диаметр головки анкера 43 мм), нагрузочная характеристика значительно выше, чем у двух других анкеров, задействованных в эксперименте. Поэтому в настоящее время для установки в шпуры диаметром 43 мм изготавливаются анкеры АК01и АКМ20.01 с диаметром головки 41,5 мм, в шпуры диаметром 30 мм – анкеры с диаметром головки 28,5 мм.

Расчёт параметров анкерной крепи для монтажа станций ленточных конвейеров производится следующим образом. По гипотезе Цимбаревича [1, 2], пролёт свода давления в почве горной выработки меньше пролёта свода давления в кровле выработки на ширину призмы сползания. В соответствии с [3] рассчитываются максимальная глубина и контур свода давления в почве выработки. Затем, с учётом параметров свода давления, конструкции и горнотехнических условий работы ленточного конвейера определяется схема расположения анкеров, их типы и глубина заложения. Надёжность закрепления конвейера обеспечивается закреплением анкеров в устойчивых породах почвы за пределами свода давления, как показано на рис. 3. Если, изготовленные из стального прутка, анкеры АКМ20.01, невозможно использовать из-за повышенного опрокидывающего момента или размеров выработки, применяются канатные анкеры АК01.

Закрепление анкеров за пределами свода давления.

На шахтах Кузбасса применение новой техно логии бесфундаментного монтажа станций конвейеров началось с 2007 г. По данной технологии оборудование монтируется непосредственно на почву выработки с применением комбинированных анкеров АКМ 20.01 и канатных анкеров АК01 закрепляемых на всю длину шпура, минеральной композицией. Первый опыт закрепления разгрузочной, приводной, концевой и натяжной станций ленточного конвейера был получен на конвейерном штреке №1729 шахты «Комсомолец». Расчёт анкерной крепистанций конвейера 2Л1000А с полным заполнением шпуров минеральной композицией произведён ООО «РАНК 2». В горногеологических условиях с неоднородной почвой в мульдовой части пласта минеральная композиция показала хороший результат, запуск ленточного конвейера прошел без осложнений. Авторский контроль за соблюдением технологии бурения и закрепления анкеров, а так же последующий мониторинг надёжности закрепления конвейера осуществлялся специалистами ООО «РАНК2». За весь срок эксплуатации конвейера нареканий на качество его закрепления не было.

На сегодняшний день технология бесфундаментного монтажа станций ленточных конвейеров состоит из следующих основных этапов:

Бурение шпуров в почве выработки согласно маркшейдерской съёмки и расположения монтажных отверстий в подрамнике станции конвейера;
Установка анкеров типа АКМ или АК01 (см. рис. 4) на две ампулы АМК (L=400 мм) с минеральной композицией;
Затворение водой минеральной композиции и заполнение раствором оставшейся части шпура;
Создание предварительного натяжения анкеров посредством затягивания гаек;
Протяжка гаек после окончания монтажа всех узлов приводаленточного конвейера (810 сут.).

Анкеры для бесфундаментного монтажа станций конвейеров: а) АКМ20.01 производства ООО «АМК»;б), АК01 производства ООО «РАНК 2».

В сравнении с альтернативными, предлагаемая технология монтажа ленточных конвейеров позволяет существенно снизить материальные затраты, а также сократить сроки монтажа оборудования, см. табл. 2.

Сравнение показателей монтажа приводной станции ленточного конвейера КЛК 1000 по альтернативным технологиям

Технология монтажа ленточных конвейеров и другого стационарного шахтного оборудования на анкеры, закрепляемые минеральной композицией, позволяет:

в несколько раз снизить трудоёмкость работ и сроки монтажа оборудования;
в 2-3 раза снизить затраты на материалы и заработную плату рабочих;
эффективно закреплять оборудование в различных горногеологических условиях, включая горные выработки с высокой обводнённостью, как малой, так и высокой крепостью пород почвы;
за счет закрепления анкеров в устойчивых породах основной почвы и по всей длине шпура, повысить надежность монтажа в сравнении с существующими технологиями.

На сегодняшний день по предлагаемой технологии смонтировано уже более 30 ленточных конвейеров различных типоразмеров на следующих шахтах: «Чертинская Коксовая», «им. 7 Ноября», «Красноярская», «Северная» (ОАО «Воркутауголь»), «Комсомолец», «Полысаевская», «Шахтаразрез «Инской», Филиал «Шахта Абашевская» (ОАО ОУК «Южкузбассуголь»), Шахта №7, ОАО «Распадская» и др.

Практикой доказано и отзывы специалистов шахт свидетельствуют, что наиболее целесообразно и выгодно использовать данную технологию «под ключ»: ООО «РАНК 2» выполняет весь комплекс работ от расчётов крепи и её производства, до крепления станций ленточных конвейеров и последующего мониторинга состояния объектов. При этом авторский надзор означает гарантию соблюдения проектных решений, технологии крепления, ответственность предприятия за произведённые работы и постоянное совершенствование технологии в целом и её элементов.