Для предотвращения аварий вследствие динамических проявлений горного давления, внезапных разрушений горных выработок, обрушений в выработанное пространство и других опасных геодинамических процессов необходимо обеспечивать качественное и надёжное крепление горных выработок.
Потеря устойчивости породных обнажений приводит к увеличению расхода крепежных материалов и снижению скорости проведения выработок на 40–45%. Также 35–40% несчастных случаев при подземных горных работах обусловлены обрушением пород кровли и боков горных выработок.
Предотвращение техногенных и геодинамических проявлений возможно на основе наличия необходимой информации о состоянии приконтурного и горного массива.
Безопасность ведения подземных горных работ определяется следующими проявляющимися характерными особенностями при определённых условиях:
- усложняются и ухудшаются естественные и техногенные неблагоприятные горно-геологические условия;
- подключаются к эксплуатации участки, подвергающиеся техногенному воздействию от ведения открытых и подземных горных работ;
- истощаются запасы на небольших глубинах и переход ведения горных работ на бо́льшие;
- неверные проектные решения и, как следствие непрофессиональное и неправильное ведение горных работ.
Последствиями влияния отдельных, а нередко и комплексной совокупности указанных особенностей являются снижения устойчивости подготовительных, очистных, и других горных выработок, развитие отслоений, вывалов, отжимов, обрушений в приконтурном массиве горных пород с человеческими жертвами и катастрофическими последствиями.
Для предотвращений возникновения аварийных ситуаций природного и техногенного характера необходимо на стадии проектирования или перед началом работ проводить оценку геомеханической безопасности. При наличии естественной и техногенной трещиноватости и ослабленности пород возникает необходимость в постоянном геомониторинге приконтурного массива и использование разнообразных сложных мероприятий для стабилизации неустойчивого массива и обеспечения безопасных условий ведения горных работ. Геомониторинг становится объективно необходимым элементом горной технологии, обеспечивающим высокий уровень безопасности и качества в дальнейшем принимаемых технологических решений для стабилизации неустойчивого массива и обеспечения безопасных условий ведения горных работ.
Геомониторинг – основа для контроля и прогнозирования состояния приконтурного массива, включающая контроль и прогноз с целью предотвращения, а в случае вероятного проявления опасного фактора – профилактические работы и устранение.
Контроль и прогноз – своевременное выявление потенциально опасных приконтурных участков и зон, в которых геообстановка приближается к предельно допустимой с возможной потерей устойчивости массива. Сегодня в арсенале оборудования для инструментального контроля состояния массива присутствуют как простые механические, так и сложные оптические и геофизические приборы с разной степенью оценки достоверности результатов, в том числе разработанные и внедренные на производстве компанией РАНК 2 (Рис.1 – 5).
ПИК 1 - прибор измерения конвергенции предназначен для измерения смещений кровли пласта при очистных и подготовительных работах угольных шахт и др. различных горно-геологических и горнотехнических условиях.
Рис.1. ПИК 1 - прибор измерения конвергенции
КШ 1 - конвергометр шахтовый КШ 1 предназначен для измерения конвергенции кровли и контроля состояния закрепленного приконтурного массива горных пород.
Рис.2. КШ 1 - конвергометр шахтный
РГ2; РГ3 - реперы глубинные предназначены для контроля и определения относительных смещений и скорости смещений при расслоении пород кровли и установления тенденций развития деформаций горных пород на ранней стадии.
Рис.3. РГ2; РГ3 - репер глубинный
АСДК «ЭЛМОН» - автоматическая система контроля состояния приконтурного массива горных выработок. крепи и дистанционной передачи полученных данных состояния в МФСБ (многофункциональную систему безопасности).
Рис.4. АСДК «ЭЛМОН»
Видеоэндоскоп - прибор оптического контроля. Предназначен для инспекции труднодоступных, либо опасных для человека участков, зон.
Рис.5. Видеоэндоскоп Wöhler VIS 350
Профилактические работы и устранение – поиск мер и обоснование оптимальной стратегии по стабилизации и нормализации работы производственно-технологической цепи горного предприятия на основе анализа исследований внутренних механизмов и закономерностей проявлений поведения массива горных пород, обусловливающих его текущее напряженное состояние.
К основным геомеханическим процессам относятся перераспределение напряжений вокруг горной выработки, разрушение и ползучесть в призабойной зоне, расслоение и зависание пород кровли, накопление угольным массивом упругой потенциальной энергии. Проявление горного давления в динамической форме (горные удары, внезапные выбросы угля и газа) обусловлено различными комбинациями, перечисленных процессов и выражается в виде смещений пород, первичных и вторичных осадок кровли, отжима угля от забоя и бортов выработок. В этой связи актуальны исследования и разработки, направленные на решение научной задачи развития традиционных и создания новых способов и средств обеспечения устойчивости подземных выработок при интенсивной отработке угольных пластов в сложных условиях умеренного климата и криолитозоне.
Принятие решений по предотвращению техногенных или геодинамических событий должно основываться на нормативных документах (методиках, инструкциях, рекомендациях, указаниях).
На сегодняшний день одним из способов укрепления горных пород анкерной крепью является закрепление массива с формированием балки, либо арки, подвешиванием и пришиванием слоев анкерной крепью.
Существуют различные способы повышения устойчивости очистных и других выработок. Современные перспективные решения следует искать в способах целенаправленного изменения механических свойств и состояния массива, повышающих прочность и устойчивость трещиноватых горных пород путем нагнетания в имеющиеся трещины и полости составов, скрепляющих между собой отдельности горных пород с цементацией, глинизацией, битумизацией с целью перевода его в близкое к монолитному состоянию.
В компании РАНК 2 разработаны необходимые средства для осуществления полного цикла крепления подземных горных выработок, являющиеся гарантией бесперебойной работы шахты в сложных горно-геологических условиях.
Анкер канатный АК02/АК02Б является эффективной крепью для эксплуатации горных выработок со сроком службы ≥5 лет, поддерживаемых в условиях повышенных проявлений горного давления (ППГД), необходимости усиления ранее возведённой крепи на границе с выработанным пространством, в зонах пликативных и дизъюнктивных нарушений с дроблёными и обводнёнными породами.
Анкерная крепь АК02Б (Рис. 7) отличается от АК02 (Рис. 6) наличием БРС (быстроразъёмное соединение) для возможности полного заполнения скрепляющим составом естественных, техногенных трещин, полостей и пространства между поверхностью шпура и анкером в нарушенном массиве.
Рис.6. Анкер канатный АК02
Рис.7. Анкер канатный АК02Б
Вертикальное армирующее устройство ВАУ
ВАУ 4 предназначено для крепления капитальных и подготовительных подземных горных выработок, где требуется усиление крепи с упрочнением и армированием углепородного массива полимерными и минеральными составами (Рис. 8) .
ВАУ 6 в комплекте с гайкой–подвесом может применяться при монтаже МПД (монорельсовой подвесной дороги) в сложных ГГУ (горно-геологических условиях) (Рис. 9).
Рис.8. Вертикальное армирующее устройство ВАУ4
Рис.9. Вертикальное армирующее устройство ВАУ6
Сравнение распределения скрепляющего состава и областей воздействия при использовании в одинаковых ГГУ систем АК02Б и ВАУ приведено на Рис. 10.
Рис.10. Сравнение объёмов и областей заполнения трещиноватости пород кровли при использовании нагнетательных систем АК02Б и ВАУ
Анкер с пониженной податливостью АК01-21Н(У) обладает уменьшенным относительным удлинением анкера в зонах активных смещений при перераспределении нагрузки и позволяет уйти от использования анкеров первого уровня, а для стабилизации приконтурного массива применять ампульно-нагнетательное закрепление (Рис. 11.)
Рис.11. Анкер с пониженной податливостью АК01-21Н(У)
Анкер с предварительным натяжением АК01-30ПН позволяет закрыть возникшие трещины (полностью или частично), повысить трение на контактах фрагментов горных пород, что улучшает качество массива, повышает его жесткость и консолидацию в своего рода пакет, который менее подвержен деформации при перераспределении напряжений (Рис. 12).
Рис.12. Анкер с предварительным натяжением АК01-30ПН
Анкер с предварительным натяжением АК01-30ПН(т) СБ применяется для повышения общей устойчивости приконтурного массива за счет блокирования трещин, полостей и полного заполнения шпурового пространства двухкомпонентной смолой, приводя систему крепь-массив в стабилизированное состояние, улучшая качество активного крепления (Рис. 13).
Рис.13. Анкер с предварительным натяжением АК01-30ПН(т) СБ
Крепь анкерная (анкер буровой) АБ03 разработана для использования в сложных горно-геологических условиях для предотвращения деформаций в приконтурном массиве и обрушений в области влияния очистных и подготовительных выработок. Крепь предназначена для установки в сильно трещиноватые, разрушенные породы с последующим нагнетанием скрепляющих составов в массив, его армирования и гидроизоляции (Рис. 14). Скрепляющий состав подаётся через канал бурового анкера в донную часть шпура, что обеспечивает более качественное упрочнение неустойчивого приконтурного массива пород горной выработки за счет продавливания его по всему пространству между анкером и поверхностью шпура (Рис. 15).
Рис.14. Крепь анкерная (анкер буровой) АБ03
Рис.15. Использование АБ03 при очистных и проходческих работах
Трубка герметизирующая с функцией анкера (ТГА) применяется в сложных горно-геологических условиях для армирования и стабилизации углепородного массива с целью предотвращения деформаций и обрушений при ведении очистных и подготовительных работ (Рис. 16, 17).
Рис.16. Трубка герметизирующая с функцией анкера (ТГА)
Рис.17. Использование ТГА при очистных и проходческих работах
Нагнетательная система армирующая (НСА) применяется в особо сложных горно-геологических условиях при ведении очистных работ, где недостаточно стабилизации массива одной смолой, необходимо применение армирования стальным канатом или арматурой (Рис. 18, 19).
Рис.18. Нагнетательная система армирующая (НСА)
Рис.19. Схема крепления купольной части по пути продвижения очистного забоя
Выводы:
- применение средств геомониторинга позволяет по фактической структуре углепородного массива выявить, идентифицировать и спрогнозировать геомеханическое поведение углепородного массива, его положение в пространстве и масштабы проявлений;
- на основе достоверной горно-геологической картины появляются новые возможности для подтверждения правильности выбора параметров анкерной крепи, либо для обоснованной корректировки её параметров;
- применение канатных анкеров имеет многофункциональную направленность, удобство в применении, эффективность с точки зрения материальных затрат;
- крепление сильнотрещиноватого (разрушенного) углепородного массива анкерной крепью в сочетании с инъектированием скрепляющего состава для консолидации отдельностей массива и создания несущего слоя предотвращает обрушение пород впереди очистных и подготовительных забоев и повышает надёжность крепления горных выработок.
Заключение:
Компания РАНК 2 имеет более 20-лет опыта изыскательской деятельности, непрерывного сотрудничества с добывающими предприятиями угольной и рудной направленности, научно-исследовательскими, проектными институтами и организациями. Обладая высококвалифицированным кадровым потенциалом, владея собственным производством готова предоставить необходимые продукцию и услуги на рынке, подтверждённые защищенными патентами РФ на изобретения и полезные модели, опубликованными научными статьями и монографиями, разработанными схемами и выполненными отраслевыми проектами для осуществления полного цикла крепления подземных горных выработок, в том числе в особенно сложных горно-геологических и климатических условиях.
Постоянно работает над повышением эффективности и качества элементов и технологии крепления горных выработок.
Компания РАНК 2 имеет более 20-лет опыта изыскательской деятельности, непрерывного сотрудничества с добывающими предприятиями угольной и рудной направленности, научно-исследовательскими, проектными институтами и организациями. Обладая высококвалифицированным кадровым потенциалом, владея собственным производством готова предоставить необходимые продукцию и услуги на рынке, подтверждённые защищенными патентами РФ на изобретения и полезные модели, опубликованными научными статьями и монографиями, разработанными схемами и выполненными отраслевыми проектами для осуществления полного цикла крепления подземных горных выработок, в том числе в особенно сложных горно-геологических и климатических условиях.
Постоянно работает над повышением эффективности и качества элементов и технологии крепления горных выработок.