Маркшейдерия и недропользование

В декабре 2013 года вышел Приказ об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах», согласно которой, сталеминеральную ан- керную крепь необходимо применять в горных выработках:

• со сроком службы более 10 лет;
• проведенных по пластам весьма склонных к самовозгоранию;
• с обводненными породами.

Специалистами группы компаний «РАНК», более 7 лет назад, была разработана ампула минеральная композиционная АМК (далее по тексту АМК) для закрепления анкеров в горных выработках и широко применяется на угольных шахтах и рудниках России (ООО «Шахта Байкаимская», закреплено более 20 км выработок; шахта «Хакасская»; шахта «Владимирская»; рудники «Холбинский», «Ирокинда», «Хужир» и др.). Данная ампула эффективно применяется и в настоящее время. Для увеличения скорости установки сталеминеральной анкерной крепи, была разработана ампула минеральная композиционная двухкамерная (далее по тексту – АМК ДК).

При использовании ампул АМК ДК исключается время, затрачиваемое на замачивание ампул в воде перед установкой в шпур, что позволяет значительно снизить трудоемкость проходческих работ и сократить время на крепление выработок, также разработчиками ампулы был уменьшен срок гидратации минеральной композиции (до 30 мин.) по сравнению с аналогом (до 24 часов). Состоит ампула из внешней оболочки 1 с минеральной композицией 4 и оболочки внутренней камеры 3, заполненной жидким отвердителем 5 (рис. 1). Оболочка внутренней камеры 3 разделена на герметичные секции термошвом, что позволяет при установке анкера качественно и равномерно смачивать минеральную композицию, для полного отверждения закрепляющего состава [2, 3]. Благодаря тому, что сухая смесь равномерно перемешивается с отвердителем в процессе установки, гидратация минеральной композиции протекает по всему объему смеси и увеличивает прочность закрепления анкера в короткие сроки. В последующее время прочность закрепления анкера растет, за счет набора прочности закрепляющего состава, в течение 28 суток [4, 5, 6].

Технология установки анкера на АМК ДК:

Рис. 1.
Ампула минеральная композиционная двухкамерная (АМК ДК):
1 - внешняя оболочка; 2 - клипса; 3 - оболочка внутренней камеры; 4 - минеральная композиция; 5 - внутренние секции с жидким отвердителем.

• бурится шпур диаметром 27-30 мм;
• к дну шпура до упора досылается необходимое количество ампул;
• к анкеру с помощью переходника-вращателя присоединяется анкероустановщик;
• с помощью станка, путем равномерного вращения и подачи, анкер устанавливается в проектное положение, в течение 8-10 секунд. Ожидание отверждения состава ампул не требуется;
• на муфту надевается опорный элемент или подхват и производится предварительное натяжение анкера путем затягивания гайки;
• анкер установлен.

Важным достоинством АМК ДК является то, что в случае самовозгорания угля или пожара в шахте, закрепляющая втулка сохраняет несущую способность анкерной крепи, за счет негорючести минерального состава, что делает ее незаменимой в условиях угольных пластов склонных и весьма склонных к самовозгоранию. Термостойкость состава разработанной смеси, без снижения прочности, составляет не менее 600 °С что в 4 раза больше по сравнению с полимерными ампулами где точка плавления 165 °С, а точка воспламенения 300 °С [7]. Реологические свойства минерального состава ампулы АМК ДК со временем не меняются по сравнению с полимерными составами, где прочность закрепляющей втулки в шахтных условиях начинает снижается уже на 2-й год эксплуатации за счет просадки [7].

Установка анкеров на химические ампулы сопровождается выделением токсичных веществ (паров стирола) в горные выработки, что полностью исключается при использовании ампул АМК ДК. Данный фактор особо актуален в условиях слабо проветриваемых и тупиковых горных выработках. Основные технические преимущества ампулы АМК ДК по сравнению с полимерными ампулами сведены в таблицу 1.

Рис. 2.
Диаграмма нагружения анкера АКМ 20.01-01, закреплённого на ампулы АМК ДК через 30 мин. с момента установки.

Ампулы АМК ДК эффективно применяются как для закрепления стальных анкеров (типа АКМ АВ, А20В и др.), так комбинированных (типа АКМ 20.01) и канатных (типа АК 01, АК02, АК01-25). Также с помощью АМК ДК выполняется бесфундаментный монтаж ленточных конвейеров на анкеры, в выработках с обводненными, или слабыми вмещающими породами почвы [8] и монтаж подвесных монорельсовых балок.

Специалистами ООО «РАНК 2» проведены комплексные лабораторные и шахтные испытания прочности закрепления стальных, комбинированных и канатных анкеров ампулами АМК ДК. Некоторые результаты лабораторных испытаний показаны на (рис. 2, 3, 4) и в табл. 2. Результаты шахтных испытаний показаны в табл. 3.

Рис. 3.
Диаграмма нагружения анкера А20В (АКМ АВ), закреплённого на ампулы АМК ДК через 30 мин. с момента установки.

В лабораторных условиях были испытаны канатные анкеры АК01-25 закрепленные на ампулы АМК ДК, общей длиной 1350 мм, для условий монтажа монорельсового пути, под действием циклических нагружений, создаваемых искусственно на гидравлическом прессе ИП-500-авто. При испытаниях было произведено 250 нагружений каждого анкера до 75 кН, после чего анкер нагружался до разрыва.

По результатам лабораторных испытаний, было установлено, что под действием циклических нагружений на канатные анкеры АК01-25, установленных на ампулы АМК ДК, разрушений и потери массы закрепляющей втулки не происходит, обеспечивается расчётная несущая способность анкерной крепи, следовательно, данные ампулы работоспособны при различном характере нагрузок.

Кроме того, ампулы АМК ДК были испытаны в условиях обводненных пород кровли, в условиях ОАО «Ургалуголь» и ОАО «Приморскуголь» ШУ «Восточное». После установки анкерной крепи на минеральные ампулы АМК ДК водоприток из шпура прекратился. Проведенные испытания показали пригодность и работоспособность ампул АМК ДК для крепления анкеров в условиях обводненных пород кровли.

Рис. 4.
Диаграмма нагружения анкера АК01, закреплённого на ампулы АМК ДК через 30 мин. с момента установки.

По результатам лабораторных и шахтных испытаний закрепления различных типов анкеров ампулы АМК ДК обеспечили:

• надёжное закрепление анкерной крепи;
• эффективность крепления выработок в условиях обводнённых пород;
• возможность закрепления анкеров подвески монорельсовых подвесных дорог, в выработках с длительным сроком службы;
• удобство использования при креплении горных выработок.

Перечисленное выше делает ампулы АМК ДК достойной альтернативой полимерных при наличии преимуществ по ряду показателей.

Д.Ф. Заятдинов,
заместитель директора по перспективному развитию ООО «РАНК 2»;
А.С. Позолотин,
директор по перспективному развитию ООО «РАНК 2», канд. техн. наук;
П.В. Гречишкин,
научный сотрудник Института угля СО РАН, канд. техн. наук;
М.В. Лысенко,
заместитель директора по перспективному развитию ООО «РАНК 2»;
С.В. Абраменко,
инженер технолог ООО «АМК».