Описание
Технологии опережающего поэтапного и поэтапного проведения и крепления выработок
Актуальность:
- Низкие темпы и безопасность проведения горных выработок при ведении работ в сложных горно-геологических условиях (обводненные породы, активный водоприток, повышенная трещиноватость, в зоне влияния нарушений). Повышенная материало- и трудоемкость крепления.
- Разрыв очистного фронта и отставание показателей от плановых при использовании типовых схем проведения и крепления капитальных и подготовительных выработок.
Область рационального применения:
Опережающее поэтапное крепление (ОПК) проведение и крепление капитальных и подготовительных горных выработок в условиях неустойчивых и весьма неустойчивых кровель с трещиноватыми горными породами.Поэтапное крепление (ПК) проведение и крепление капитальных и подготовительных горных выработок в условиях устойчивых и весьма устойчивых кровель со слаботрещиноватыми горными породами.
Описание технологии ОПК с анкерами АК01-21Н(м), АК01-08, АК01-30ПН
- Опережающее крепление 1 шаг. Бурение скважин в прикровельной части груди забоя с углом наклона к горизонтальной оси выработки 2-3º и установка армирующих стержней длиной 12 м (арматура 32/36/40 мм или анкер типа АБ).
- Опережающее крепление 2 шаг. Нагнетание в массив скрепляющих составов.
- Проходческий этап 3 шаг. Проведение выработки на глубину 1,0 м и установка двух рядов канатных анкеров с шагом 0,4-0,5 м в призабойной части. Анкеры устанавливаются совместно с общим опорным элементом швеллер / ПГК15.
- Проходческий этап 4 шаг. Проведение выработки на глубину 5,0 м и установка двух рядов канатных анкеров с шагом 0,4-0,5 м в призабойной части. Анкеры устанавливаются совместно с общим опорным элементом швеллер / ПГК15.
- Проходческий этап 5 шаг. Проходка выработки на глубину 5,0 м и установка канатных анкеров на ранее пройденном незакрепленном участке L=10 м (см. схему крепления). Анкеры устанавливаются совместно с индивидуальными опорными элементами – полусферические шайбы 300х300х8 мм.
- Начало нового цикла соответствует выполнению шагов 1-2 параллельно с выполнением крепления ранее пройденного участка в соответствие с шагом 5.
Первый шаг: Монтаж опережающей крепи
Второй шаг: Опережающее упрочнение массива
Третий шаг: Установка первой подвесной опоры балки
Четвертый шаг: Установка второй подвесной опоры балки
Пятый шаг: Установка дополнительной и опережающей крепи
Дополнительное упрочнение кровли (при необходимости)
Принципиальная технологическая схема ОПК (вид в плане)
Технологическая схема №1
Обеспечивает минимальные смещения при использовании в качестве основной крепи анкеров глубокого заложения. В качестве основной крепи используются канатные анкеры АК01-21Н(М) (21т со сниженной податливостью).
| № п/п | Наименование | Ед. изм. | Кол-во |
| 1 | Анкер АК01-21Н(М) (L=6,5 м) | шт | 37 |
| 2 | Подхват швеллер или ПГК15, L=5,0 м | шт | 4 |
| 3 | Решетчатая затяжка | м*2 | 60,5 |
| 4 | Шайба 300х300х8 мм | шт | 21 |
| 5 | Арматура Ø32 мм | м/тонн | 240/1,52 |
| 6 | Ампула полимерная (L=1,0 м) или минеральная композиционная АМК (L=0,4м*3) | шт | 74/111 |
| 7 | Анкеры АКМ20.01-АВ (L=1,8 м) | шт | 60 |
| № п/п | Наименование | Ед. изм. | Кол-во | Время, час. |
| 1 | Бурение скважин под опережающую крепь | шт/м.п. | 20 / 240 м.п. | 4,6 |
| 2 | Установка армирующих стержней и герметизация скважин | шт | 20 | 1,0 |
| 3 | Выемка горной массы проходческим комбайном (S = 20.9 м2, L = 11 м) | м*3/т | 209 / 272 | 4,4 |
| 4 | Крепление кровли (I и 2 этап) | м.п. | 11 | 4,55 |
| 5 | Крепление кровли (3 этап)* | м.п. | 11 | 3,15 |
| Всего: | 17,7 ч | |||
Таким образом получаем скорость проходки 423 м.п. / мес.
*Крепление кровли на третьем этапе частично совмещается с бурением скважин под опережающую крепь следующего 10 м цикла проходческих работ. Таким образом фактическая продолжительность цикла может быть сокращена.
** Крепление боков выработок не отражено, так как выполняется с отставанием.
Таблица времени выполнения технологических операций на 1 цикл проходки (11 м) Технологическая схема №1 (JOY, Sandvik)
| № п/п | Наименование | Ед. изм. | Кол-во | Время, час. |
| 1 | Бурение скважин под опережающую крепь | шт/м.п. | 20 / 240 м.п. | 4,6 |
| 2 | Установка армирующих стержней и герметизация скважин | шт | 20 | 1,0 |
| 3 | Выемка горной массы проходческим комбайном (S = 20.9 м2, L = 11 м) | м3/т | 209 / 272 | 1,2 |
| 4 | Крепление кровли (I и 2 этап) | м.п. | 11 | 4,55 |
| 5 | Крепление кровли (3 этап)* | м.п. | 11 | 3,15 |
| Всего: | 14,5 ч | |||
*Крепление кровли на третьем этапе частично совмещается с бурением скважин под опережающую крепь следующего 10 м цикла проходческих работ. Таким образом фактическая продолжительность цикла может быть сокращена.
** Крепление боков выработок не отражено, так как выполняется с отставанием
Технологическая схема №2
Применима для проведения выработок в условия весьма трещиноватых горных пород, а так же при их повышенной обводнённости нарушенных пород. В качестве основной крепи применяются канатные анкеры АК01-30ПН (27т) с возможностью нагнетания скрепляющих составов.
Таблица объемов и стоимости материалов на 1 цикл проходки (11 м) Технологическая схема №2
| № п/п | Наименование | Ед. изм. | Кол-во |
| 1 | Анкер АК01-30ПН (L=6,5 м) | шт | 33 |
| 2 | Подхват швеллер или ПГК15 (L=5,0 м) | шт | 4 |
| 3 | Решетчатая затяжка | м*2 | 60,5 |
| 4 | Шайба 300х300х8 мм | шт | 21 |
| 5 | Арматура Ø32 мм | м/тонн | 240/1,52 |
| 6 | Ампула полимерная (L=1,0 м) или минеральная композиционная АМК (L=0,4м*3) | шт | 66/99 |
| 7 | Смола полиуретановая или минеральная композиция для АК01-30ПН | кг | 720 |
| 8 | Анкеры АКМ20.01-АВ L=(1,8 м) | шт | 60 |
| № п/п | Наименование | Ед. изм. | Кол-во | Время, час. |
| 1 | Бурение скважин под опережающую крепь | шт/м.п. | 20 / 240 м.п. | 4,6 |
| 2 | Установка армирующих стержней и герметизация скважин | шт | 20 | 1,0 |
| 3 | Нагнетание полиуретановой смолы или минеральной композиции | шт | 20 | 5,0 |
| 4 | Выемка горной массы проходческим комбайном (S = 20.9 м2, L = 11 м) | м*3/т | 209 / 272 | 4,4 |
| 5 | Крепление кровли (I и 2 этап) | м.п. | 11 | 2,7 |
| 6 | Крепление кровли (3 этап)* | м.п. | 11 | 2,6 |
| Всего: | 20,3 ч | |||
Таким образом получаем скорость проходки 390 м.п. / мес.
*Крепление кровли на третьем этапе частично совмещается с бурением скважин под опережающую крепь следующего 10 м цикла проходческих работ. Таким образом фактическая продолжительность цикла может быть сокращена.
** Крепление боков выработок не отражено, так как выполняется с отставанием.
Таблица времени выполнения технологических операций на 1 цикл проходки (11 м) Технологическая схема №2 (JOY, Sandvik)
| № п/п | Наименование | Ед. изм. | Кол-во | Время, час. |
| 1 | Бурение скважин под опережающую крепь | шт/м.п. | 20 / 240 м.п. | 4,6 |
| 2 | Установка армирующих стержней и герметизация скважин | шт | 20 | 1,0 |
| 3 | Нагнетание полиуретановой смолы или минеральной композиции | шт | 20 | 5,0 |
| 4 | Выемка горной массы проходческим комбайном (S = 20.9 м2, L = 11 м) | м*3/т | 209 / 272 | 1,2 |
| 5 | Крепление кровли (I и 2 этап) | м.п. | 11 | 2,7 |
| 6 | Крепление кровли (3 этап)* | м.п. | 11 | 2,6 |
| Всего: | 17,1 ч | |||
*Крепление кровли на третьем этапе частично совмещается с бурением скважин под опережающую крепь следующего 10 м цикла проходческих работ. Таким образом фактическая продолжительность цикла может быть сокращена.
** Крепление боков выработок не отражено, так как выполняется с отставанием
Технологическая схема №3
Позволяет сократить объем крепления на первом этапе на 25% и увеличить темп проходческих работ, в сравнении с ТС №1 и №2. В качестве основной крепи используются анкеры АК01-08 (32т).
Таблица объемов и стоимости материалов на 1 цикл проходки (11 м) Технологическая схема №3
| № п/п | Наименование | Ед. изм. | Кол-во |
| 1 | Анкер АК01-08 (L=6,5 м) | шт | 33 |
| 2 | Подхват швеллер или ПГК15 (L=5,0 м) | шт | 4 |
| 3 | Решетчатая затяжка | м2 | 66 |
| 4 | Шайба 300х300х8 мм | шт | 21 |
| 5 | Арматура Ø32 мм | м/тонн | 240/1,52 |
| 6 | Ампула полимерная (L=1,0 м) или минеральная композиционная АМК (L=0,4м*3) | шт | 66/99 |
| 7 | Анкеры АКМ20.01-АВ (L=1,8 м) | шт | 60 |
| № п/п | Наименование | Ед. изм. | Кол-во | Время, час. |
| 1 | Бурение скважин под опережающую крепь | шт/м.п. | 20 / 240 м.п. | 4,6 |
| 2 | Установка армирующих стержней и герметизация скважин | шт | 20 | 1,0 |
| 3 | Выемка горной массы проходческим комбайном (S = 20.9 м2, L = 11 м) | м*3/т | 209 / 272 | 4,4 |
| 4 | Крепление кровли (I и 2 этап) | м.п. | 11 | 2,7 |
| 5 | Крепление кровли (3 этап)* | м.п. | 11 | 2,6 |
| Всего: | 15,3 ч | |||
*Крепление кровли на третьем этапе частично совмещается с бурением скважин под опережающую крепь следующего 10 м цикла проходческих работ. Таким образом фактическая продолжительность цикла может быть сокращена.
** Крепление боков выработок не отражено, так как выполняется с отставанием.
Таблица времени выполнения технологических операций на 1 цикл проходки (11 м) Технологическая схема №3 (JOY, Sandvik)
| № п/п | Наименование | Ед. изм. | Кол-во | Время, час. |
| 1 | Бурение скважин под опережающую крепь | шт/м.п. | 20 / 240 м.п. | 4,6 |
| 2 | Установка армирующих стержней и герметизация скважин | шт | 20 | 1,0 |
| 3 | Выемка горной массы проходческим комбайном (S = 20.9 м2, L = 11 м) | м3/т | 209 / 272 | 1,2\n |
| 4 | Крепление кровли (I и 2 этап) | м.п. | 11\n | 2,7\n |
| 5\n 仁 | Крепление кровли (3 этап)*\n | м.п.\n | 11\n | 2,6\n |
| \n | Всего: | \n12,1 ч | \n||
*Крепление кровли на третьем этапе частично совмещается с бурением скважин под опережающую крепь следующего 10 м цикла проходческих работ. Таким образом фактическая продолжительность цикла может быть сокращена.
** Крепление боков выработок не отражено, так как выполняется с отставанием
Сводная таблица
| Технологическая схема 1 АК01-21Н(М) |
Технологическая схема 2 АК01-30ПН |
Технологическая схема 3 АК01-08 |
|
| Скорость проведения выработки с комбайном избирательного действия (типа КП-21), м/мес. | 423 | 390 | 517 |
| Скорость проведения выработки с комбайном непрерывного действия (типа Joy, Sandvik), м/мес. | 546 | 463 | 654 |
Поэтапное крепление (ПК)
Сущность поэтапного крепления выработок заключается в разделении процесса крепления кровли во времени и пространстве на два или несколько этапов, то есть в забое устанавливают минимально необходимую часть крепи для обеспечения временной устойчивости, с последующим доведением ее до паспортной, на некотором расстоянии от забоя.При поэтапном креплении обычно выделяют 2 основных этапа:
1 этап – работы в призабойной зоне проходческого цикла и установка временной крепи (длина проходческого цикла зависит от допустимой площади и длительности обнажения кровли).
2 этап – работы выполняющиеся с отставанием от проходческого забоя, сопряженные с установкой элементов постоянной крепи (доведение параметров крепи до паспортных).
Снижение плотности установки анкеров на первом этапе крепления, относительно требуемой в «Инструкции…», ведет к снижению безопасности ведения горных работ, и требует обоснования и предварительного исследования устойчивости пород кровли.
Для определения и обеспечения возможности применения поэтапного крепления для проводимой выработки необходимо определить:
- расстояние от забоя и время сохранения устойчивости кровли без крепи до обрушения;
- величины смещений кровли в выработке закрепленной лишь частью паспортной крепи в функции расстояния от забоя и времени;
- сопоставить величины смещений кровли и деформации анкеров и определить допустимое расстояние и время поддержания кровли этой крепью.
Схема 1 – крепление выработок с применением первого и второго уровня;
Схема 2 – крепление выработки с применением крепи глубокого заложения в качестве основной и промежуточной установкой крепью первого уровня.
Поэтапное крепление (типовая схема)
Поэтапное крепление (Схема 1)
ЭТАП 1 ЭТАП 2
| ПЕРВЫЙ ЭТАП | ||
| КРОВЛЯ | ||
| 1 | Тип анкеров | АКМ20.01-АВ L=2400 |
| 2 | Количество анкеров в ряду | 4 шт. |
| 3 | Шаг установки анкеров | 1,0 м |
| 4 | Опорный элемент | Швеллер-8 или ПГ4 (5 м) |
| 5 | Перетяжка | металлическая решетчатая затяжка |
| ВТОРОЙ ЭТАП | ||
| КРОВЛЯ | ||
| 1 | Тип анкеров | АК21-01Н L = 5000 м |
| 2 | Количество анкеров в ряду | 2 шт. |
| 3 | Шаг установки анкеров | 1,0 м (в промежутке между основной крепью) |
| 4 | Опорный элемент | шайбы 300х300х8мм |
| БОКА | ||
| 1 | Тип анкеров | АКМ20.01-АВ L=1800 мм |
| 2 | Количество анкеров в ряду | 4 шт. |
| 3 | Шаг установки анкеров | 1,0 м |
| 4 | Опорный элемент | шайбы 300х300х5мм |
| 5 | Перетяжка | металлическая решетчатая затяжка либо полимерная сетка |
ЭТАП 1 ЭТАП 2
| ПЕРВЫЙ ЭТАП | ||
| КРОВЛЯ | ||
| 1 | Тип анкеров | АК01-21Н(М) L = 5000 м |
| 2 | Количество анкеров в ряду | 3 шт. |
| 3 | Шаг установки анкеров | 2,0 м |
| 4 | Опорный элемент | ПГК15А 6 метров 3-шт устанавливаемые продольно |
| 5 | Перетяжка | металлическая решетчатая затяжка |
| ВТОРОЙ ЭТАП | ||
| КРОВЛЯ | ||
| 1 | Тип анкеров | АКМ20.01-АВ L=2400 мм |
| 2 | Количество анкеров в ряду | 4 шт. |
| 3 | Шаг установки анкеров | 2,0 м (в промежутке между основной крепью) |
| 4 | Опорный элемент | шайбы 300х300х8мм |
| БОКА | ||
| 1 | Тип анкеров | АКМ20.01-АВ L=1800 мм |
| 2 | Количество анкеров в ряду | 4 шт. |
| 3 | Шаг установки анкеров | 1,0 м |
| 4 | Опорный элемент | шайбы 300х300х5мм |
| 5 | Перетяжка | металлическая решетчатая затяжка либо полимерная сетка |
| Технологическая схема 1 | Технологическая схема 2 | |
| Скорость проведения выработки с комбайном непрерывного действия (типа Joy, Sandvik), м/мес. | 630 | 700 |