Опыт применения и расчет крепи с тампонажем закрепного пространства для обеспечения безопасности и повышения производительности крепления горных выработок

Аннотация

В статье представлены результаты внедрения технологии крепления горных выработок с тампонажем закрепного пространства с использованием фильтрующего армированного полотна на шахтах ООО «УК Анжерская-Южная» и АО «СУЭК-Кузбасс». Опыт применения показал высокую эффективность данной технологии при креплении капитальных и подготовительных выработок, включая снижение трудозатрат, улучшение герметичности перетяжки межрамного пространства и аэродинамических характеристик выработок. Основным достоинством предложенной технологии является исключение возможности травматизма при использовании железобетонных затяжек. Приведен пример реализации технологии при креплении участка конвейерного штрека № 814 на шахте имени А.Д. Рубана, проведенном по угольному пласту Полысаевский-II. Выработка оборудована арочной крепью КМП-АЗУ-18-27, произведен полный тампонаж закрепного пространства. Для определения нагрузки на крепь и шага ее установки применен метод конечных элементов (МКЭ) с использованием программного пакета «Elcut», что позволило смоделировать напряженно-деформированное состояние системы «вмещающие породы – тампонажный слой – крепь». Расчетная модель учитывала реальные геометрические параметры выработки, физико-механические свойства пород и материала крепи, что позволило определить расчетную нагрузку на крепь и шаг ее установки. Выполнено сравнение несущей способности однослойной металлической балки и двуслойной балки, состоящей из металла и тампонажного слоя. Результаты работы подтверждают целесообразность использования предлагаемой технологии и методики расчета для обеспечения безопасности и повышения экономической эффективности подземных горных работ.

Ключевые слова

Безопасность крепления горных выработок, арочная крепь, тампонаж закрепного пространства, давление на крепь, метод конечных элементов.

Список литературы

1. Лисковец А.С., Тациенко В.П., Мешков А.А. Направления развития и совершенствования тампонажной крепи // Горная промышленность. 2020. № 2. С. 88-93. DOI: 10.30686/1609-9192-2020-2-88-93.
2. Тациенко В.П., Лисковец А.С., Саблин М.В. Увеличение несущей способности рамной крепи путем полного заполнения закрепного пространства тампонажным материалом // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2018. № 2(126). С. 45-52. DOI: 10.26730/1999-4125-2018-2-45-52.
3. Инструкция по выбору рамных податливых крепей горных выработок. Изд. 2-е, перераб. и доп. Науч.-исслед. ин-т горн. геомех. и маркшейд. дела. СПб., 1991. 125 с.
4. Свод правил СП 91.13330.2012 ?Подземные горные выработки?. Актуализированная редакция СНиП П-94-80.
5. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. М.: Недра, 1987. 221 с.
6. Казанин О.И., Сидоренко А.А., Ильинец А.А., Васильев В.Ф. Численные исследования пучения почвы штреков при применении разгрузочных щелей на шахте ?Талдинская-Западная 2? // Известия ТулГУ. 2018. № 3. С.171-178.
7. Семенцов В.В., Гоголин В.А., Ермакова И.А., Исаченко А.А. Влияние скорости подвигания очистного забоя при отработке выемочного участка 48-8 филиала шахты ?Ерунаковская-VIII? АО ?ОУК Южкузбассуголь? на изменение состояния приконтурного геомассива, влияющего на развитие аварийных ситуаций // Уголь. 2023;(4):37-41. DOI: 10.18796/0041-5790-2023-4-37-41.
8. Коряков А.Е., Копылов А.Б., Савин И.И. Применение метода конечных элементов при моделировании сдвижения элементов горного массива // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2017;(1):103-109.
9. Mo S., Canbulat I., Zhang C., Oh J., Shen B., Hagan P. Numerical investigation into the effect of backfilling on coal pillar strength in highwall mining. International Journal of Mining science & Technology. 2018;28(2):129-134.
10. Li L., Shang C., Chu K., Zhou Z., Song S., Liu Z., Chen Y. Large-scale geo-mechanical model tests for stability assessment of super-large cross-section tunnel. Tunnelling and Underground Space Technology. 2021;(109):5-9.
11. Talibe Keita A.M., Jahanbakhshzadeh A., Li L. Numerical analysis of the stability of arched sill mats made of cemented backfill. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2021;(140).
12. Talibe Keita A.M., Jahanbakhshzadeh A., Li L. Numerical analysis of the failure mechanisms of sill mats made of cemented backfill. International Journal of Geotechnical Engineering. 2022;(16).
13. Wang R., Zeng F., Li L. Stability analyses of side-exposed backfill considering mine depth and extraction of adjacent stope. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2021;(142).
14. Huang J., Meng F., Wang Ge. et al. Simulation Research for the Influence of Mining Sequence on Coal Pillar Stability under Highwall Mining Method. Geofluids. 2021;(2021):8864339. DOI: 10.1155/2021/8864339.
15. Буялич Г.Д., Воеводин В.В., Буялич К.Г. Оценка точности конечно-элементной модели рабочего цилиндра гидростойки крепи // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2011. № S2. С. 203-206.
16. Буялич Г.Д., Воеводин В.В., Буялич К.Г. Влияние размерности модели на расчет параметров цилиндров гидростоек // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2004. № 5(42). С. 42-44.
17. Буялич Г.Д., Воеводин В.В., Буялич К.Г. Обоснование плотности сетки цилиндра гидростойки при расчетах методом конечных элементов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2012. № S3. С. 126-129.
18. Buyalich G.D., Buyalich K.G., Voyevodin V.V. Radial deformations of working cylinder of hydraulic legs depending on their extension. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2015. С. 012087.
19. Буялич Г.Д., Воеводин В.В. Конечные элементы для исследования горных машин: учебное пособие. Кемерово: Гос. Учреждение Кузбас. гос. техн. ун-т, 2002. 51 с.
20. Reshetnyak S., Zotov V., Kuziev D., Kozlova O. Enhancing performance efficiency of electric consumers within surface infrastructure of coal mines. Eurasian mining. 2025;(1):100-104. DOI: 10.17580/em.2025.01.20.
21. Штумпф Г.Г., Рыжков Ю.А., Шаламанов В.А. и др. Физико-механические свойства горных пород и углей Кузнецкого бассейна: справочник. М.: Недра, 1994. 447 с.
22. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах. Сибирская угольная энергетическая компания (СУЭК). (Библиотека горного инженера. Т. 3: Подземные горные работы, кн. 7). М.: Горное дело, 2011. 215 с.