УДК 622.261.004.6
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СПОСОБЫ ПОДДЕРЖАНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПОРОДНОГО МАССИВА.
В настоящее время, в условиях продолжающейся экономической нестабильности, добыча угля в Украине по сравнению с 1991 годом снизилась более чем в 2 раза и составила в 2000 году 80,7 млн. тонн. Износ основных производственных фондов в отрасли составил 65%. Сложившееся положение усугубляется ухудшением состояния горных выработок и увеличением затрат на их поддержание.
Так, в 2000 году удельный объем перекрепления выработок на действующих шахтах Донбасса достиг 7,5 м на 1000 т добычи, а затраты труда на ремонт и поддержание выработок 565,2 чел-см на 1 км протяженности поддерживаемых выработок в год или около 50 чел-см на 1000 т добычи.
На действующих шахтах при ежегодном росте протяженности выработок находящихся в неудовлетворительном состоянии на 2-3%, перекрепляется от 31,2% до 77,8% выработок, нуждающихся в ремонте.
Не лучшее положение и на шахтах-новостройках, где перекрепляется по данным ведущих шахтостроительных организаций (тресты "Красноармейскшахтострой", "Макеевшахтострой" и др.) до 80,7% от объема ежегодно проводимых выработок.
При этом следует отметить, что стоимость крепления одного метра выработки достигает 3000 грн., что составляет 50-60% от стоимости проведения.
Учитывая существующее финансирование угольных предприятий, перспективным является широкое внедрение способов поддержания горных выработок на основе учета геомеханического состояния вмещающего массива в различные периоды их эксплуатации с целью максимального использования несущей способности системы "породный массив-крепь".
В ДонГТУ, в течение последних 20 лет, под руководством проф. Кошелева К.В., проводились исследования устойчивости горных выработок при активном управлении состоянием вмещающего породного массива. В результате предложен ряд способов охраны горных выработок, использующих несущую способность породного массива, реализация которых позволяет значительно уменьшить смещения контура выработки, предупредить пучение пород почвы, снизить материало- и трудоемкость крепления, повысить безопасность работ. По всем разработкам были выполнены лабора-торные, аналитические и шахтные исследования, опытно-промышленная проверка и внедрение полученных результатов.
Для повышения устойчивости горных выработок за счет создания системы "крепь-порода" после обнажения породного контура выработки было предложено в качестве временной крепи использовать набрызгбетонное покрытие. Данный способ поддержания позволяет вовлечь в совместную работу с крепью упрочненный приконтурньй массив уже в начальный момент сооружения выработки, а также вывести процесс возведения постоянной крепи из призабойного пространства, что создает благоприятные предпосылки для механизации процесса крепления и увеличения темпов сооружения выработки. Применение способа обеспечивает снижение материалоёмкости крепления на 20%, трудоемкости крепления - на 20-30%, затрат на поддержание выработок - на 15-20%, увеличение темпов сооружения выработок в 1,2-1,5 раза.
С целью предупреждения пучения пород почвы в горизонтальных и наклонных горных выработках был разработан способ взрыво-щелевой разгрузки пород почвы. Его сущность заключается в перенесении максимальных напряжений в глубь массива и создании в почве выработки породной несущей конструкции, свободной от напряжений, путем взрывания камуфлетных зарядов ВВ в боках и почве выработки. Применение данного способа обеспечивает полное предупреждение пучения пород почвы либо уменьшение величины смещения в 3-5 раз (в зонах повышенного горного давления).
Для повышения устойчивости горных выработок за счет выравнивания смещений на их контуре и снижения их конечной величины был разработан способ "крепь-охрана". Сущность его заключается в образовании вокруг выработки на заданном удалении от ее контура зоны пониженных напряжений. Это достигается путем взрывания камуфлетных зарядов ВВ в трубчатых анкерах. Энергия взрыва расходуется на образование зоны разгрузки и раскрепление анкеров в шпурах. Ненарушенный приконтурный массив, усиленный анкерами, выполняет роль крепи. Применение способа обеспечивает снижение трудоемкости поддержания выработок на 20-30% и уменьшает смещения контура выработки в 1,5-2,0 раза.
Ввиду того, что в настоящее время около 20% выработок пересекают разрывные мелкоамплитудные (до 5 м) геологические нарушения, были разработаны рекомендации по поддержанию выработок в этих условиях. Сущность рекомендаций заключается в прогнозной оценке размеров зон влияния нарушений по длине выработки, определении в пределах этих зон особенностей деформирования контура выработки и обосновании параметров способов повышения ее устойчивости. Внедрение разработанных рекомендаций не снижает темпов сооружения выработок и обеспечивает сокращение последующих затрат на их поддержание в 1,3-2,0 раза.
Для повышения устойчивости системы выработок (в частности, сопряжений) была выполнена работа, сущность которой заключается в выборе последовательности проведения сопрягающихся выработок и выделении в них участков, испытывающих повышенное горное давление, с целью управления последним путем дифференцированного применения способов разгрузки массива от повышенных напряжений и усиления крепи. Использование рекомендаций позволяет уменьшить смещения пород кровли и почвы выработки в 2-3 раза, боков - в 1,5-2,0 раза, снизить затраты на поддержание на 30%.
С целью предупреждения пучения пород почвы в эксплуатируемых выработках был разработан способ разгрузки пород компенсационными полостями. Сущность его заключается в предотвращении эффекта складкообразования созданием компенсирующей разгрузочной полости на пути смещения слоев почвы по плоскости напластования. Внедрение способа позволяет предупредить пучение пород или снизить величину смещений в 2-3 раза.
Для обеспечения эксплуатационного состояния подготовительных выработок в течение всего срока службы были разработаны рекомендации по выбору оптимальных параметров их перекрепления с учетом геомеханического состояния вмещающего массива. Сущность рекомендаций заключается в установлении оптимального соотношения между относительным уменьшением поперечного сечения выработки и размером зоны неупругих деформаций, сформировавшейся вокруг нее, с целью определения параметров перекрепления выработки (время начала ремонта, размеры выработки после ремонта, несущая способность крепи, устанавливаемой после ремонта, протяженность участков, примыкающих к месту ремонта, на которых необходимо усиление крепи). Внедрение рекомендаций позволяет снизить затраты на поддержание выработок на 30-60% за счет одноразового ремонта и возможного снижения начальных затрат на крепление.
Внедрение перечисленных способов на шахтах Донбасса позволило существенно улучшить состояние горных выработок. Однако, как показал опыт, эффективность этих способов в значительной мере зависит от своевременности их реализации.
Ввиду того, что поддержание горной выработки за все время ее существования включает ряд этапов (сооружение одиночной выработки, сооружение системы выработок, поддержание выработок в период развития горных работ), были выполнены исследования по учету геомеханического состояния вмещающего выработку массива на этих этапах ее существования. В результате нами были разработаны и утверждены "Минугле-промом СССР" "Технологические схемы поэтапного поддержания капитальных горных выработок на основе разгрузки породного массива от повышенных напряжений".
УДК 622.261.004.6 К.Б. Кошелев, Ю.А. Петренко, Новиков А.О., Олейников А.А., Захаренко А.В.Рассмотрено состояние горных выработок шахт Донбасса и указаны причины сложившегося положения. Отмечены перспективные направления решения поставленных вопросов. Дана краткая характеристика способов охраны горных выработок и результатов их использования разработанных в Донецком государственном техническом университете.