Структурное полномасштабное испытание универсальной установки для анкерного закрепления было проведено на поверхности шахты промежуточной выработки 322 D6-C и на мостках.
Угольный пласт D6 в испытательной зоне имеет толщину 4,10 м. При одноосном сжатии прочность угля составляет 8,0 МПа. Забой выработки состоит из аргиллитов с прочностью 20 МПа. Основание кровли состоит из мелкозернистых песчаников толщиной до 9,0 м и прочностью одноосного сжатия в 45 МПа. Первый слой почвы состоит из алевролита толщиной 3,4 м и прочностью одноосного сжатия в 45 МПа. Под этим слоем имеется аргиллит толщиной 3,5 м и прочностью одноосного сжатия в 33 МПа. Средняя глубина забоя составляет 500 м.
Для закрепления промежуточной выработки использовались анкеры 322 D6-C длиной 2,4 м и диаметром 22 м. Было 9 анкеров, расположенных в один ряд, а расстояние между рядами составляло 1 м (Рис. 1).
Figure 1 – Anchoring of the intermediate drift 322 D6-C
Мостки с уклоном 125 м расположены в центральной части уклона. Сечение готовой секции составляет Sсв = 14,4 м2. Угол наклона составляет 8°. Наклон проходит на 7-10 м ниже слоя D6 пластовой породы, представленной алевролитами с прочностью одноосного сжатия 33-45 МПа. Крепление мостков сочетается с установкой металлической арки и анкеров. Плотность опор металлической арки следующая: одна рама на метр и девять анкеров в верхней части мостков, просверленные в два ряда по шаблону шахматной доски. Длина каждого анкера составляет 2,4 м, а диаметр - 22 мм.
Для просверливания отверстий и установки кровельных болтов в горных выработках использовался анкероустановщик «Super Turbo».
В ходе присоединения жестких анкеров в обеих горных выработках (забой и проход) наблюдалось следующее: разрушение муфт; значительная деформация; разрыв сетчатого ограждения; вмятины опорной пластины в вырезе породы; трещины в кровле; упавшие породы в зоне соединения опорной плиты с кровлей; и обнажение нижнего конца анкера.
Испытания проводились с использованием анкеров с гибкими поперечными трубными блоками, состоящими из трех разборных поперечных труб с различной толщиной стенок трубы. Параметры разборных поперечных труб приведены в Таблице 1. Поперечные трубы были установлены между опорной пластиной и натяжной гайкой.
Таблица 1 - Параметры разборных поперечных труб
Для установки промежуточной выработки 322 D6-C использовались 270 анкеров, каждый из которых оснащен универсальным блоком. Для испытания было закреплено анкерами 30 м2 зоны шахты. Окончательная проверка опорного давления анкерных связей в шпуре показала, что была достигнута допустимая нагрузка в 110 кН за 10-20 минут после установки (что является пределом измерительного устройства). Промежуточная выработка 322 Д6-С находилась вне зоны опорного давления.
Чтобы определить смещение и расслоение пород кровли, в тестовой зоне были установлены три контрольные станции. На каждой контрольной станции было по две рамы, установленные на глубине 2,5 м и на расстоянии 4,5 м от выреза породы. Наблюдательные контрольные станции были установлены на рядах 1 (ПК1 + 3м), 5 (СК5) и 16 (ПК16 + 3м).
Во время наблюдения смещение кровли на опытном участке не превышало 30 мм. В течение этого периода уровень перемещения постоянно снижался. Период активного смещения не превышал двух месяцев. Контрольные станции, установленные на постах на глубине 2,5 и 4,5 м, имели одинаковую величину смещения. Это указывает на отсутствие наслоения в горном покрове между этими опорными точками.
Результаты, полученные на мостках были следующими: (Рисунок 2).
Рисунок 2 - Сдвиг кровли (U) на мостках с уклоном 125 (в зоне опорного давления)
В данной шахтной пещере было 225 анкеров, каждый с универсальным блоком и изолированной площадью 25 м2. Контрольная станция была установлена в зоне опорного давления (СК5 + 3м). Из-за воздействия опорного давления в первый месяц после выемки шахтной пещеры произошел сдвиг в 75 мм (Рис. 2). Смещение произошло без наслоения, о чем свидетельствуют контрольные станции, установленные на глубинах 2,5 и 4,5 м. Кроме того, произошло небольшое смещение массы горных пород, и в течение 300-дневного периода наблюдения смещение составляло всего 20 мм. Это показывает эффективность универсального блока.
На обоих участках испытаний не наблюдалось сбоев с муфтами, перфорации или значительных вмятин сетчатого ограждения или опорных плит, а также обнажения нижних концов анкеров или свидетельств горных обвалов. Универсальный блок улучшает состояние горных выработок. Универсальный блок также обеспечивает плавное понижение шахтной кровли; в том числе в зоне опорного давления путем снижения давления в самих кровельных породах и повышения их устойчивости. Выбранная конструкция универсального блока является самой простой и эффективной.
Таким образом, исследование позволило нам разработать новую технологию для эффективного управления геомеханическим состоянием горной массы в горных выработках с использованием универсального блока для закрепления анкерами.