В настоящее время подавляющая часть горных выработок угольных шахт и рудников проводится с применением анкерной крепи. При этом происходит расширение технологических возможностей подземной добычи полезных ископаемых. Одновременно появляются новые задачи, связанные с анкерным креплением.
На шахтах Кузбасса, Воркуты, Сахалина, Якутии и Украины, а также рудниках Алтая, Бурятии и Казахстана нами накоплен значительный опыт применения двухуровневой анкерной крепи [1-5] для решения следующих задач:
1) поддержание выработок и со пряжений шириной до 12 м;
2) предварительно пройденные и формируемые демонтажные ка меры;3) усилени е креп и штреков для их повторного использования и бесцеликовой отработки запасов угля;
4) усиление крепи штреков для работы очистного забоя без механизированных крепей сопряжения;
5) усиление крепи выработок для их сохранения с целью газоуnравления, дренажа, обеспечения запасных выходов;
6) усиление крепи штреков в зоне опережающего горного давления;
7) обеспечение устойчивости приконтурного массива пород горных выработок на малых глубинах, неустойчивых пород, в зонах геологических нарушений;
8) монтаж подвесных монорельсовых дорог;
9) бесфундаментный монтаж станций ленточных конвейеров и т.д.
Поддержание выработок и сопряжений шириной до 12 м
Перераспределение напряжений в массиве горных пород при проведении и поддержании широких выработок и их сопряжений сопровождается значительными горизонтальными и вертикальными смещениями пород как по контуру выработки, так и во вмещающем массиве. Формирование зон деформаций при дезинтеграции массива способствует увеличению фактического поддерживаемого пролета выработки от ширины выработки (от 13 до BiCI) и высоты расслоения до (О,5-О,7)1З (рис. 1), что делает невозможным поддержание выработки без дополнительного усиления крепи [1].
Традиционно для усиления крепи широких горных выработок используют стоечную, смешанную и рамную крепь. В сравнении с ними анкерная крепь обладает следующими преимуществами:
- низкие материальные затраты и металлоемкость;
- низкая трудоемкость при доставке и установке;
- не препятствует проходу людей и транспортировке оборудования;
- не требует перемонтажа крепи при установке оборудования в выработке.
Поэтому для обеспечения устойчивого состояния широких выработок и их сопряжений на весь период эксплуатации наиболее целесообразным является применение двухуровневой схемы анкерного крепления, где кроме анкеров длиной до 3 м (I уровень), используются анкеры глубокого заложения (II уровень). Анкеры второго уровня закрепляются в устойчивых породах кровли — за пределами свода естественного обрушения с учетом ослабления и деформации боков выработки (см. рис. 1). При этом неустойчивые породы кровли скрепляются анкерами первого уровня и «подвешиваются» на анкерах второго уровня к устойчивым породам кровли за пределами естественного свода обрушения.
На сегодняшний день ООО «РАНК 2» накоплен богатый опыт применения канатных анкеров AKOl для усиления крепи выработок на шахтах Кузбасса в сложных горногеологических и горно-технических условиях, в том числе для крепления широких выработок и их сопряжений: шахты «Комсомолец», «Костромовская», (<ИМ. Седьмого ноября», (<Красноярская», (<Романовская», «Чертинская-Коксовая», «Байкаимская», «Владимирская» и другие. Практика показала, что другие. Практика показала, что анкеры АКО1 могут быть успешно использованы в качестве крепи усиления в выработках с анкерной, рамно-анкерной и рамной крепью.
В качестве примера можно выделить ш. «Байкаимскую», где по предлагаемой схеме была закреплена монтажная камера 2бис и ее сопряжения с вентиляционным и конвейерным штреками. Ширина монтажной камеры 2бис составила 9,0 м, высота - 3,7 м, ширина и высота штреков — 4,5 м и 3,7 м, соответственно. Крепление производилось анкерной крепью по двухуровневой схеме: комбинированные анкеры первого уровня АКМ20.01 и канатные анкеры AKOl в качестве 1<репи второго уровня. Схемы анкерной крепи монтажной камеры 2бис и ее сопряжения с конвейерным штреком показаны на рис. 1 и 2 соответственно.
Канатные анкеры AKOl обладают многофункциональностью и могут быть применены для многих технических приложений, имеют высокую несущую способность (21 т), за счет гибкости каната могут устанавливаться в выработках небольшой высоты. Применение канатных анкеров в качестве крепи усиления способствует
повышению надежности работы основной крепи и безопасности условий поддержания широких выработок и их сопряжений.
Монтаж подвесной монорельсовой дороги
До недавнего времени единственным способом анкерного крепления монорельсовой подвесной дороги (МПд) являлся монтаж анкерного подвеса к кровле выработки двумя-четырьмя сталеполимерными анкерами (рис. 3).
повышению надежности работы основной крепи и безопасности условий поддержания широких выработок и их сопряжений.
Монтаж подвесной монорельсовой дороги
До недавнего времени единственным способом анкерного крепления монорельсовой подвесной дороги (МПд) являлся монтаж анкерного подвеса к кровле выработки двумя-четырьмя сталеполимерными анкерами (рис. 3).
В соответствии с «Инструкцией по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах Российской Федерации» 2012 года для повышения безопасности горных работ длина анкеров подвески монорельсовой дороги выбирается с учетом закрепления их выше анкеров основной крепи выработки на величину не менее 0,5-1,0 м. При этом установка сталеполимерных анкеров в некоторых выработках становится весьма затруднительной, поэтому ООО «РАНК 2» для монтажа МПД были разработаны канатные анкеры AKOl-121 (рис. 5) с высокой несущей способностью, которые изза их гибкости можно использовать в выработках любой высоты. Канатные анкеры закрепляются в устойчивых породах кровли, и дополнительного нагружения основной крепи при движении дизелевоза не происходит (рис. 46).
Преимущества данного способа крепления очевидны: см. табл. 1.
Применение канатных анкеров подвески монорельсовых дорог AKOl-121 позволяет значительно снизить сроки монтажа МПД, материалоемкость крепи, трудоемкость и объемы доставочно-транспортных работ, что приводит к снижению затрат на подвеску монорельсовых дорог в два и более раз.
Бесфундаментный монтаж ленточных конвейеров
Традиционно для монтажа при водных, концевых и натяжных станций ленточных конвейеров использовались технологии (табл. 2).
Бесфундаментный монтаж ленточных конвейеров
Традиционно для монтажа при водных, концевых и натяжных станций ленточных конвейеров использовались технологии (табл. 2).
С учетом существующих недостатков (табл. 2), была разработана новая технология бесфундаментного монтажа станций ленточных конвейеров, которая заключается в закреплении станции на анкеры, устанавливаемые в почву выработки и закрепляемые по всей длине шпура минеральной композицией [3].
Надежность закрепления конвейера обеспечивается закреплением анкеров в устойчивых породах почвы за пределами свода давления, как показано на рис. 6. Если изготовленные из стального прутка анкеры АКМ20.01 невозможно использовать из-за повышенного опрокидывающего момента или размеров выработки, применяются канатные анкеры AKOl.
Технология бесфундаментного монтажа станций ленточных конвейеров состоит из следующих основных этапов:
Технология бесфундаментного монтажа станций ленточных конвейеров состоит из следующих основных этапов:
- бурение шпуров в почве выработки согласно маркшейдерской съемки и расположения монтажных отверстий в подрамнике станции конвейера;
- установка анкеров типа АКМ или АКО1 (рис. 4) на две ампулы АМК (L=400 мм) с минеральной композицией;
- затворение водой минеральной композиции и заполнение раствором оставшейся части шпура;
- создание предварительного нuяжения анкеров посредством затягивания гаек;
- протяжка гаек после окончания монтажа всех узлов привода ленточного конвейера (8-10 сут.).
В сравнении с альтернативным и, предлагаемая технология монтажа ленточных конвейеров позволяет существенно снизить материальные затраты, а также сократить сроки монтажа
оборудования (табл. 3).
Технология монтажа ленточных конвейеров и другого стационарного шахтного оборудования на ан-керы, закрепляемые минеральной композицией, позволяет:
- в несколько раз снизить трудоемкость 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 обводненностью, как малой, так и высокой крепостью пород почвы;
- за счет закрепления анкеров в устойчивых породах основной поч-вы 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. Седьмого ноября», «Красноярская», «Северная» (ОАО «Воркутауголь» ), «Комсомолец», «Полысаевская», «Шахта-разрез «Инской», Филиал «Шахта Абашевская» (ОАО ОУК «Южкузбассуголь»), Шахта №7, ОАО «Распадская» и др. Перспективы применения сталеминеральной анкерной крепи
Отличительной особенностью анкерной крепи, производимой ООО «РАНК 2» и ООО «АМК», является возможность ее закрепления на ампулы с минеральной композицией, см. рис. 8. Для закрепления анкеров ампулы АМК предварительно замачиваются в воде на 12-60 с, досылаются к дну шпура, после чего производится установка анкера. Предварительное натяжение анкера производится сразу после установки, без ожидания отверждения закрепляющего материала.
Ампула АМК с минеральной композицией выгодно отличается от ампулы с полиэфирной смолой тем, что:
- не выделяет токсичных испарений и органично сочетается с породой;
- позволяет эффективно и надежно производить анкерное крепение в обводненных выработках с водопритоком из шпура до 20 л/ мин.;
- обеспечивает более высокую надежность крепи за счет повышенного сопротивления закрепляющего материала сдвиговому нагружению;
- является негорючей и не поддерживающей горение, что делает ее незаменимой для применения в условиях угольных пластов, склонных и весьма склонных к самовозгоранию;
- обеспечивает работоспособность анкерной крепи в горных выработках с длительным сроком службы (пять и более лет);
- обеспечивает несущую способность анкера до 2,5-3 т сразу после установки, без ожидания отверждения закрепляющего материала.
Известно, что полиэфирные смолы отличаются малой адгезией к солям и вмещающим породам подземных горных выработок калийных рудников.
С переходом горных работ на рудниках ОАО «Беларуськалий» на большие, свыше 750 м глубины разработки стал актуальным вопрос поддержания горных выработок, в том числе, и с применением анкеров повышенной несущей способности. Поэтому в 2010 году совместно с ЧУП «Институт горного дела» (г. Солигорск, Беларусь) были проведены лабораторные и промышленные испытания сталеминеральной анкерной крепи производства ООО «АМК» и ООО «РАНК 2» условиях ОАО «Беларуськалий» (6).
В выработках околоствольного двора горизонта -440 м рудника 4 РУ на ампулы с минеральной композицией АМК было закреплено 4 анкера типа AKOl, 3 анкера типа АКМ20.01 и 3 анкера типа АКМ20.01-05. Ампулы АМК предварительно замачивались в соляном растворе. Анкеры нагружались до их полного обрыва или извлечения из шпура. В результате испытаний была подтверждена максимальная несущая способность крепи AKOl - 210 кН, АКМ20.01 - 130 кН и АКМ20.01-05 - 180 кН соответственно, через 9-44 суток после установки.
Предварительные результаты лабораторных и шахтных испытаний сталеминеральной анкерной крепи производства ООО «АМК» и ООО «РАН К 2» показали, что эта крепь может быть использована при креплении выработок калийных рудников.
