Методы измерений и расчетов, используемые при выборе способов управления горным давлением

18.03.2020

При решении задач по управлению горным давлением и проектированию горных работ предприятиям рекомендуется использовать имеющиеся машинные программы и применять простые и опробованные на практике методы шахтных наблюдений, дающие пригодные для анализа результаты. Для каждого из рассматриваемых методов ниже указывается, для решения каких задач он предназначен.

Методы измерений и расчетов, предназначенные преимущественно для решения специфических научно-исследовательских задач, здесь не рассматриваются. К ним относятся, например, методы измерения фактического рабочего сопротивления крепи, давления породного массива на крепь, реакции крепи и напряжений в породном массиве.

Задачи, связанные с управлением горным давлением. Лавы и участковые подготовительные выработки. Определение зон повышенного и пониженного горного давления. Рекомендуемый метод — расчеты горного давления.

Все подготовительные выработки. Наблюдения за состоянием выработок, контроль эффективности различных мероприятий по повышению устойчивости выработок, оценка степени влияния различных факторов и их сравнение, обобщение практического опыта, специфические вопросы, относящиеся к технике крепления выработок, безопасности и технологии ведения горных работ. Рекомендуемый метод — производственные наблюдения за состоянием подготовительных выработок и измерения с помощью контрольных анкеров.

Выемочные штреки. Прогноз ожидаемой конвергенции и выбор типа крепи, влияние схемы проведения выемочных штреков (с опережением, общим забоем с лавой или с отставанием от нее), влияние жестких околоштрековых полос, оценка новых предложений. Рекомендуемый метод — машинная программа по проектированию выемочных штреков.

Базисные выработки. Своевременная остановка лав, приближающихся к базисным выработкам. Рекомендуемый метод — измерения в производственных условиях на специальных реперных станциях.

Групповые и полевые выработки. Прогноз конечной конвергенции на основе наблюдений за начальной стадией ее развития. Рекомендуемый метод — производственные наблюдения за состоянием подготовительных выработок, измерения на специальных реперных станциях. Возведение крепи после затухания процесса начальной конвергенции, вызванной проведением выработки.

Выработки специального назначения с небольшой конвергенцией. Контроль за их состоянием. Рекомендуемый метод — измерения на специальных реперных станциях.

Выработки с анкерной крепью. Проектные расчеты. Рекомендуемый метод — машинная программа для расчетов анкерной крепи в выработках с арочной формой поперечного сечения.

Контроль за состоянием выработок. Рекомендуемый метод — измерения на контрольных анкерах.

Очистные забои. Задачи и рекомендуемые методы измерений и расчетов изложены выше.

Методы измерений и расчетов. Для применения в производственных условиях рекомендуются следующие методы измерений и расчетов.

Методы измерений: производственные наблюдения за состоянием подготовительных выработок; измерения на специальных реперных станциях для определения конвергенции; измерения на наблюдательных станциях; измерения с помощью измерительных анкеров; производственные наблюдения за состоянием кровли в лавах; измерения давления в гидросистемах механизированных крепей лав.

Методы расчетов: расчеты горного давления; машинная программа для проектирования выемочных штреков; машинная программа для расчетов анкерной крепи в выработках с арочной формой поперечного сечения; расчет ожидаемой частоты вывалов в кровле проектируемой лавы.

Производственные наблюдения за состоянием подготовительных выработок. Производственные наблюдения за состоянием подготовительных выработок выполняются на большом числе точек (например, с интервалом в 20 м) настолько часто, чтобы имелась возможность статистической оценки результатов. Для обеспечения сопоставимости результатов они ведутся по единой для всех выработок и шахт схеме. При этом выполняются лишь наиболее простые линейные измерения (например, между определенными элементами крепи, а также между крепью и боковыми породами) и наблюдения (например, за деформацией элементов крепи, оцениваемой условными числовыми показателями). Точки измерений на почве могут быть зафиксированы специальными реперами.

Все наблюдения на шахте могут выполнять один-два человека. Это обеспечивает после оперативной обработки результатов получение сведений, требуемых для повседневной эксплуатации выработок. Обработка результатов наблюдении с получением данных, необходимых для проектирования горных работ и решения определенных научно-исследовательских задач, выполняется с помощью машинной программы, разработанной в институте «Бергбау-форшунг». Лаборатория рудничной крепи и механики горных пород методически руководит проводимыми на шахтах производственными наблюдениями, обеспечивает машинную обработку результатов, ведет картотеку наблюдаемых выработок и производит на ее основе комплексную обработку результатов наблюдений, например, для прогноза ожидаемой конвергенции в проектируемых выработках.

Метод производственных наблюдений за состоянием подготовительных выработок позволяет решать такие важные для производства задачи, как:

- подготовка для технического руководства шахты экстренной, периодической или регулярной информации о состоянии какой-то определенной выработки и происходящих в ней изменениях (так называемая оперативная обработка результатов производственных наблюдений);

- контроль за сетью горных выработок в пределах участка или крыла шахтного поля (машинная обработка данных);

- контроль результатов расчетов ожидаемой конвергенции. При наличии отклонений фактических значений от расчетных определяются причины отклонений (например, приток воды, неправильно выбранный показатель прочности пород почвы, появление нарушения, недостатки в конструкции крепи или паспорте крепления, в заполнении закрепного пространства, устройстве околоштрековых полос, неучтенное влияние краевых частей по соседним пластам). Результаты такого контроля служат для совершенствования прогноза конвергенции и для целей дальнейшего проектирования;

- количественная проверка, оценка и усовершенствование на основе полученных результатов технологии поддержания выемочных штреков (например, механизации возведения крепи, способов упрочнения почвы и охраны штрека со стороны выработанного пространства, схем проведения выработки по отношению к лаве);

- оценка результатов испытаний новых способов и средства крепления и поддержания штреков. Данные наблюдений и измерений в штреках, в которых была определена ожидаемая конвергенция, сравниваются с результатами расчета, выполненными для обычной крепи, а для штреков, для которых npoгноз конвергенции пока невозможен, — с результатами наблюдений измерений — на участке того же штрека, пройденном и закреп ленном с использованием обычной технологии;

- определение степени влияния краевых частей пластов, угольных целиков и других факторов;

- оценка возможности широкого применения нового способа, проводимая путем сопоставления результатов испытаний в одном или нескольких штреках с аналогичными результатами, полученными на других пластах, других шахтах и в других бассейнах;

- накопление данных о поведении подготовительных выработок (приконтурного породного массива и крепи) в специальной картотеке с целью последующих исследований и количественной оценки;

- создание статистического банка данных для тех подготовительных выработок, для которых еще не имеется достаточно большого числа результатов наблюдений, чтобы можно было произвести корреляционный анализ, позволяющий вывести расчетные формулы для прогноза ожидаемой конвергенции.

Измерения конвергенции на специальных реперных станциях. Производственные наблюдения за состоянием подготовительных выработок предусматривают измерения деформации крепи и пучения почвы по отношению к элементам крепи. При использовании же специальных реперов, в качестве которых применяются стержни диаметром 12 и длиной 150 мм, устанавливаемые в шпуры того же диаметра, измеряется конвергенция приконтурного породного массива Трудоемкость измерений в этом случае выше, чем при обычных производственных наблюдениях, но ниже, чем при использовании измерительных анкеров. Статистическая обработка результатов таких измерений (по машинной программе, как и в случае производственных наблюдений) возможна в том случае, если установлено достаточно большое число реперов. Графическая обработка результатов измерений по каждой отдельной паре реперов при помощи графопостроителя производится в том же порядке, как и при измерениях на измерительных анкерах.

Измерения с помощью реперов целесообразно применять: при наблюдениях за состоянием выработок, вокруг которых вообще не ожидается сдвижений породного массива или же такие сдвижения должны быть крайне незначительными (например, машинные камеры, околоствольные дворы, шахтные стволы) ;

- в тех случаях, когда постоянную жесткую или малоподатливую крепь предусматривается возводить после окончания развития процесса конвергенции, вызванной проведением выработки;

- в тех случаях, когда по развитию начальной конвергенции необходимо определить путем экстраполяции ее конечную величину (обязательное условие — знание закономерности развития конвергенции, например, во времени);

- для определения предельного приближения лавы к базисной выработки, при котором конвергенция в ней не превысит определенной величины;

- при специальных исследованиях работы крепи (например, при использовании податливой забутовки закрепного пространства или при одностороннем опускании кровли, или на сопряжении лавы со штреком), когда необходимы измерения конвергенции крепи и приконтурного породного массива. В этих случаях могут оказаться полезными также простейшие нивелирные съемки.

Измерения с помощью контрольных анкеров. Контрольные анкеры (рис. 6.4) служат для визуальных наблюдений за расслоением приконтурного массива по смещению хвостовика анкера с нанесенной на нем отметкой относительно закрепленной в шпуре замка. Они служат для контроля;

- удлинения анкерных штанг;

- сдвижения приконтурного породного массива, закрепленного пикерами или упрочненного нагнетанием вяжущих составов, отделением его от окружающего ненарушенного массива, сдвижение одного породного слоя относительно другого при складкообразовании или одностороннем опускании кровли, а также при смещении по плоскостям природных трещин или хрупких разломов.

Измерения на контрольных анкерах должны производиться в сочетании с производственными наблюдениями за состоянием подготовительных выработок.

Измерения с помощью измерительных анкеров. Они предназначены для определения с высокой точностью вертикальной и горизонтальной конвергенции и сближения точек породного кон тура выработки (рис. 6.5).

Конвергенция контура выработки соответствует конвергенции, определяемой при помощи реперов. При сдвижениях пород, измеряемых сантиметрами и дециметрами она примерно соответствует конвергенции, которую измеряют в порядке обычных производственных наблюдений. При обработке результатов» измерений с помощью графопостроителя достигается возможность экстраполяции. Соответствующая машинная программа находится в распоряжении шахт и лаборатории рудничной крепи и механики горных пород.

Измерения с помощью измерительных анкеров требуют значительно больших затрат труда и времени, чем производственные наблюдения или измерения на контрольных анкерах. По этому их результаты, как правило, не используются для статистических расчетов средних величин и определения регрессионных уравнений.

С помощью измерительных анкеров решаются следующие важные для практики горных работ задачи:

- связанные с технологией крепления выработок и преследующие цель приспособления специальных способов крепления и поддержания подготовительных выработок к специфическим свойствам приконтурного породного массива глубиной примерно до 6 м (например, выбор схемы расположения и глубины закрепления анкерной крепи, определение оптимального момента начала тампонирования пород вяжущими составами и глубины их нагнетания, определение времени установки средней стоики до момента начала образования складок в породах кровли);

- связанные с обеспечением безопасности горных работ.

Измерительные анкеры, в частности анкеры большой длины, применяются преимущественно в исследовательских целях, например для измерений относительных смещений при расслоении пород и при взаимном сдвижении породных слоев в приконтурном массиве (в шпурах длиной 2, 4 или 6 м дополнительно к производственным наблюдениям или к измерениям на контрольных реперах или контрольных анкерах), для определения сжатия породных слоев как результата повышения горного давления, а также для установления величины опускания или поднятия породных слоев за пределами зоны значительных деформаций приконтурного массива выработки

Расчеты горного давления. На основе маркшейдерских планов с нанесенными на них отработанными, действующими и запанированными к отработке выемочными нолями рассчитывается горное давление в местах расположения горных выработок. Расчеты ведутся для различных положений фронта очистных работ, что позволяет определять изменения горного давления. Все расчеты и анализ их результатов выполняются лабораторией рудничной крепи и механики горных пород.

Расчеты, связанные с перераспределением горного давления, позволяют:

- выбирать оптимальные по фактору проявлений горного давления схемы расположения подготовительных выработок, подготовки и последовательности отработки выемочных полей и участков;

- устанавливать для заданной схемы подготовки выемочных полей зоны повышенного и пониженного давления и ожидаемые величины прироста давления, что дает возможность заблаговременно планировать проведение соответствующих профилактических мероприятий;

- определять ожидаемые конвергенцию выработок и интенсивность вывалов из кровли в лаве;

- оценивать результаты испытаний новых типов крепей или новых способов управления кровлей путем сравнения с существующими при исключении факторов, обусловленных различиями в величине горного давления.

Машинная программа проектирования выемочных штреков. На основе данных о схемах проведения и способе крепления выемочного штрека, принятых в проекте, сведений о строении породного массива и данных регрессионного анализа по уже контролировавшимся выемочным штрекам рассчитываются ожидаемые конвергенция и деформация крепи. В результате расчетов выдается распечатка с оценкой проектного решения и альтернативными предложениями и указаниями о возможной их эффективности. Расчет и анализ результатов выполняется лабораторией рудничной крепи и механики горных пород. Рассматриваемая программа дает возможность:

- определять ожидаемые величины конвергенции, деформации крепи и требуемой глубины подрывки почвы:

- оценивать правильность выбора схемы проведения штрека (с опережением, общим забоем с лавой или с отставанием от все), типа крепи и способа охраны со стороны выработанного пространства;

- выбирать альтернативные варианты, способствующие снижению конвергенции в штреке, и оценивать эффект их использования.

Машинная программа проектирования анкерной крепи для выработок с арочной формой поперечного сечения. Основная программа дает возможность по заданным величинам (форма поперечного сечения выработки, предельные расстояния между анкерами в ряду и между рядами анкеров) при соблюдения требований правил безопасности определять следующие параметры:

- площадь и периметр поперечного сечения выработки;

- размеры отделившегося от массива породного блока, обусловливающего нагрузку на крепь;

- число анкеров, активно воспринимающих нагрузку;

- общее число анкеров; расстояние между рядами анкеров;

- общую плотность анкерной крепи;

- общее число анкеров на 1 м длины выработки;

- коэффициент надежности.

Дополнительная программа служит для выбора наиболее целесообразных вариантов и определения точных размеров схемы взаимного расположения анкеров; графопостроитель обеспечивает вычерчивание в заданном масштабе схем креплении выработки. Расчеты по программе выполняются лабораторией рудничной крепи и механики горных пород.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна