Исследования смещений пород почвы в подготовительных выработках проведены на шахтах объединения Гуковуголь. Установлено, что подрывка почвы приводит, как правило, к резкой активизации процесса смещений массива по всему контуру сечения выработок, причем наиболее существенное влияние она оказывает на интенсивность смещений пород почвы. Скорость ее пучения после подрывок возрастает в 6—9 раз и более но сравнению со средними скоростями, зафиксированными непосредственно перед подрывкой. Возрастает также скорость опускания кровли. Характер изменения во времени величин и скоростей смещений пород кровли и почвы после подрывки аналогичен характеру изменения соответствующих величин во вновь пройденных выработках [1]. Зависимость скорости пучения почвы от времени t может быть представлена следующим выражением:
где:
vo — начальная скорость пучения почвы после подрывки, мм/сут;
h, t — постоянные коэффициенты, зависящие от горно-геологических условий (главным образом от мощности слоя пучащих пород почвы, глубины работ и ориентации выработки относительно линии падения пласта).
В процессе деформирования пород кровли и почвы выработок после подрывки можно выделить два основных периода. Первый (сравнительно непродолжительный) характеризуется повышенной интенсивностью и неравномерностью смещений пород, а также быстрым затуханием скоростей. Особенностями второго периода являются равномерное развитие смещений, и небольшие изменения их скоростей во времени. Сопоставление продолжительности периодов повышенной интенсивности смещений кровли и почвы, установленных после проведения выработок и после подрывок почвы, показало, что максимальный период (до 4—5 мес) наблюдается после проведения выработок. Период интенсивных смещений после подрывок почвы не превышает 3—4 мес, причем его продолжительность после каждой последующей подрывки меньше, чем после предыдущей.
Несмотря на незначительную, длительность периода интенсивных смещений, он играет основную роль в процессе деформирования выработки и определяет ее устойчивость. Так, величины пучения пород почвы, зафиксированные в конце данного периода, составляют 60—70%, а опускания кровли 70—90% от общих смещений в выработке за год ее существования после подрывки. Дополнительные смешения пород кровли и почвы, вызванные каждой последующей подрывной, меньше соответствующих значений, установленных после предыдущей подрывки. В качестве конкретных примеров, иллюстрирующих влияние подрывок почвы на интенсивность деформирования контура подготовительных выработок, рассмотрены результаты наблюдений, проведенных в восточном коренном штреке на шахте “Гуковская”. Штрек закреплен податливыми арками (площадь сечения в проходке 20.9 м2), пройден по пласту k3, угол падения 19°, глубина разработки 440м. Непосредственная кровля — слои песчано-глинистого сланца (суммарная мощность до 0,5—0.8м), основная — песчаник (18м); непосредственная почва — песчано-глинистый сланец (2—2,2м), ниже кварцевый песчаник, предел прочности на одноосное сжатие 25...30МПа. Во время проведения наблюдений в штреке было произведено три подрывки почвы (рисунок I): при первой на высоту 0,5—0,7м, при второй — на 0,4—0,6м, при третьей — 0,3—0.4м. Промежутки между подрывками 210 и 380 сут.
Исследования показали, что подрывка почвы приводит к увеличению интенсивности процесса деформирования пород на контуре сечения штрека. При этом наиболее существенное влияние она оказывает на пучение, скорости которого возрастают в 7— 13 раз и более по сравнению со средними скоростями, зафиксированными в периоды, предшествующие подрывкам. Средние скорости пучения почвы со стороны восстания пласта в первые 10сут составили 4,2—6,1мм/сут после первой подрывки почвы, 5,3—5,7мм/сут после второй, 3—4,2мм/сут после третьей. Периоды интенсивных смещений пород почвы, наблюдаемых после подрывок, продолжались 60—120сут, причем минимальный (60 сут) отмечен после третьей подрывки, максимальный (120сут) — после первой.
При стабилизации процесса деформирования установившиеся скорости пучения пород почвы во всех трех случаях оказывались меньше соответствующих величин до подрывки. Так, перед первой подрывкой средняя скорость пучения со стороны восстания пласта составляла 0,61мм/сут, после первой подрывки — 0,48мм/сут, после третьей — 0,29мм/сут. Подрывка почвы в штреке привела также к повышению интенсивности смещений пород кровли. Приращение величин опускании кровли, связанное с подрывками почвы, 75—115мм. Статистический анализ данных шахтных исследований позволил установить зависимость объемов работ по подрывке почвы от срока службы, глубины расположения выработок и предела прочности пород непосредственной почвы на одноосное сжатие (рисунок 2). Средние объемы работ (суммарная длина участков выработки, в пределах которых производилась подрывка пород почвы) при фиксированных значениях коэффициента h определялись из выражения:
где:
v — средневзвешенная плотность пород покрывающей толщи, кг/м3;
Н — глубина расположения выработки, м;
sсж — предел прочности пород непосредственной почвы на одноосное сжатие, МПа;
п — общее число выработок, принятых к анализу;
lп — суммарная длина участков i-й выработки, в пределах которых производилась подрывка пород почвы, м;
lв — длина 1-й выработки, м.
Выемка пород почвы при одной подрывке осуществлялась на высоту 0,3—0,6м. Ширина целиков, оставляемых для охраны выработок, в принятых к анализу случаях определялась в соответствии с Указаниями [2]. Графики (рисунок 2) позволяют найти суммарную длину участков выработки, выраженную в долях от общей ее длины, в пределах которых будет производиться подрывка почвы. Так, в течение первого срока службы выработки при п=0,52 породы почвы подрываются по всей длине выработки; за 10 лет суммарная длина участков, в пределах которых будет произведена подрывка почвы, составит 2.2 длины выработки. С увеличением коэффициента п объемы работ по подрывке почвы интенсивно возрастают. Например, при повышении п с 0,4 до 0,8 объемы за первый год службы выработок увеличиваются с 0,5 дo 1,9, за 10 лет — с 1 до 5.5.
Выводы. Подрывка почвы в подготовительных выработках приводит к активизации процесса смещений пород на контуре их сечения. Дополнительные сближения кровли и почвы, связанные с подрывкой почвы, достигают 1100мм, причем более 60% указанной величины реализуется в первые 90—120 сут после и подрывки. В целях безремонтного поддержания выработки,имеющие относительно непродолжительный срок службы, целесообразно проходить увеличенной площади сечения с запасом по высоте, принимаемым больше ожидаемого сближения кровли и почвы за весь срок службы выработки. Такое решение является экономически оправданным для следующих случаев: для наклонных выработок, охраняемых по схеме целик — целик, при сроке их службы менее 10лет и величине коэффициента п ниже 0,4—0,5; для выработок, пройденных по простиранию пласта, при сроке их службы до 10лет и п менее 0,3—0,4. Для выработок, имеющих более длительные сроки службы и условия поддержания, характеризующиеся коэффициентами п, превышающими указанные предельные значения, основным направлением решения проблемы безремонтного поддержания следует считать использование эффективных способов охраны, обеспечивающих разгрузку от повышенных напряжений массива в области расположения выработок.
Рисунок 1.- Динамика смещений (величин и скорости пучения) пород на контуре сечения штрека после первой (а), второй (б) а третьей (в) подрывок пород почвы:
I и 2 — скорости пучения пород почвы соответственно со стороны восстания и падения пласта;
3 - величины пучения пород почвы со стороны восстания пласта;
4 — величины опускания пород кровли;
vo — скорость пучения пород почвы со стороны восстания пласта перед подрывкой.
Рисунок 2.- Зависимость объемов V работ по подрывке пород почвы в подготовительных наклонных выработках при охране их по схеме целик — целик от основных горнотехнических факторов (цифрами на кривых указан срок службы выработок).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Кошелев К. В., Tpумбачев В.Ф. "Повышение устойчивости капитальных горных выработок на больших глубинах." — М.: Недра, 1972. — 128c.
- "Указания по охране, поддержанию и рациональному расположению подготовительных выработок на шахтах основных бассейнов страны." — М: Мипуглепром СССР.1972г. — 121с.
