Паспорта крепления и поведение выработок при применении рамно-анкерной крепи

На шахте «Цольферейн» в штреках с рамно-анкерной крепью применялись сталеполимерные анкеры с закреплением по всей длине шпуров (рис. 7,46, а). Длина анкеров 1,8 м, диаметр 22 мм. При диаметре анкерных шпуров 33 мм в каждую скважину вводили по два патрона длиной по 750 мм с быстротвердеющим полимерным закрепляющим составом. Хвостовики анкеров соединяли плоскими металлическими подхватами с овальными отверстиями.

Первый штрек крепью подобного типа был пройден по пласту «Эрнестина». Непосредственная кровля пласта была представлена глинистыми и песчанистыми сланцами. Следует отметить отсутствие в породах кровли слоя прочного песчаника, к которому можно было бы «прикрепить» непосредственную кровлю. Предел прочности пород кровли 24—48 МПа, Штрек проводили вдоль выработанного пространства ранее отработанного участка. Между штреком и выработанным пространством оставляли угольный целик шириной 2—3 м.

Гидравлические стойки, устанавливавшиеся примерно в 8 м от забоя штрека, удалялись перед погрузочным пунктом на сопряжении штрека с лавой и сразу же устанавливались вновь за лавным конвейером. При этом ряд стоек в средней трети штрека оставался на месте от забоя и до участка, находившегося в 40 м за лавок, причем из него даже временно не удаляли ни одной стойки.

Боковые стойки штрековой крепи были удалены от выработки на довольно значительное расстояние во избежание повреждения при выдавливании пласта в штрек. Удельное сопротивление крепи в зависимости от числа стоек, приходившихся на один ряд анкеров, составляло от 120 до 180 кН/м2. В других штреках (рис. 7.46, б и в) на участках с гидравлическими стойками параллельно оси штрека устанавливали металлические шарнирные верхняки, а на участках с деревянными стойками — деревянные верхняки.

Для предотвращения вывалов угля при подходе очистного забоя пласт со стороны лавы упрочняли деревянными анкерами длиной по 1,4 м. В целях повышения несущей способности боков штрека крайние анкеры в кровле выработки располагали под углом к напластованию. Опыт французских шахт показывает, что подобными наклонными сталеполимерными анкерами выдавливание стенок может быть уменьшено на 30—50 %.

Анкерно-рамная крепь требует более тщательного выполнения работ по проведению и креплению выработки, а также более тщательного контроля за состоянием боковых пород, чем, например, арочная крепь. Этим обусловлена необходимость в более строгом инженерно-техническом надзоре за проведением выемочных штреков, чем обычно принято. После примерно двухлетних испытаний анкерно-рамной крепи были достигнуты ощутимые экономические результаты Уже сегодня затраты на проведение штреков с анкерно-рамной крепью меньше, чем на проведение штреков с арочной крепью, при одинаковой площади поперечного сечения. Расходы на поддержание штреков, транспорт, а также на извлечение и ремонт крепи значительно ниже, чем в сопоставимых выработках с обычной крепью.

Смещение боков штрека, закрепленного анкерно-рамной крепью и охраняемого со стороны выработанного пространства узким угольным целиком (см. рис. 7.46 а и б), характеризуется графиком (рис. 7.47). На участке от забоя штрека до лавы его ширина уменьшилась на 0.4 м. Примерно в 120 м за лавой взаимное сближение стенок штрека уже превысило 1 м. Наибольшему смещению подвергся нижний (по падению пласта) бок штрека, который в данном случае примыкал к целику шириной 2—3 м, отделявшему выработку от выработанного пространства. По мере удаления лавы горизонтальные сдвижения боковых пород затухают.

Вертикальная и горизонтальная конвергенции в штреке (см. рис. 7.46, в), с одной стороны которого находился достаточно широкий угольный целик, характеризуются графиком (рис. 7.48). В этом штреке смещение боков было значительно меньше, чем в штреке К Вплоть до подхода лавы, т. е. на длине опережающей части штрека 25 м, его ширина уменьшилась всего лишь на 90 мм, а в 120 м за лавой — на 165 мм. Причина меньшего сближения боков заключается, по-видимому, в меньшем давлении, так как опорная нагрузка была распределена на значительно большей площади угольного массива по сравнению с тем случаем, когда в стенке штрека находился целик шириной 2—3 м. Кроме того, боковые породы были разрушены в меньшей мере, чем при проведении штрека вдоль старого выработанного пространства.

Характер изменения конвергенции (см. рис. 7.48) типичен для штреков с анкернорамной крепью. Перекос кровли (разность между кривыми а и с) был относительно небольшим. Примерно в 150 м за лавой конвергенция соответствовала 60% мощности пласта. Уже в 40 м после прохода лавы конвергенция достигла четырех пятых конечной величины, после чего процесс оседания пород замедлился. В 200—300 м за лавой кривая конвергенции приближается к величине, соответствующей около 70% вынимаемой мощности пласта. При этом конечная величина конвергенции зависит от различных факторов, таких, как способ управления кровлей в лаве, срок поддержания выработки и свойства боковых пород.

При измерениях конвергенции учитывалось также расслоение пород кровли. На графике (рис. 7.49) приведены кривые расслоения кровли в штреке № 3 с анкерно-рамной крепью и в вентиляционном штреке того же участка, закрепленном двухзвенными шарнирными арочными рамами с деревянными прогонами в своде арки, дополнительными стойками у верхнего бока и охранявшемся деревянными кострами у нижнего бока. Несмотря на применение в вентиляционном штреке такой крепи, расслоение кровли на расстоянии 60 м от лавы было примерно в семь раз больше, чем в штреке с анкерно-рамной крепью, хотя последний был на 1,5 м шире. В штреке № 3 расслоение породной толщи непосредственной кровли мощностью 3 м составило всего 2 см. Применительно к средним условиям данной шахты его можно считать очень небольшим. В этом, по-видимому, заключается наиболее заметный эффект от применения анкерно-рамной крепи, он лишний раз подтверждает, что мероприятия по повышению устойчивости выемочных штреков должны одновременно предусматривать предотвращение расслоения боковых пород.