Д-р техн. наук, проф. И. Л. ЧЕРНЯК (МГИ)

Для выбора способов охраны и поддержания горных. выработок необходимо знать поведение массивов пород при их различной структуре. Наиболее подробно эти вопросы рассмотрены в статье К. А. Ардашева и Н. П. Бажина [I]. Однако в этой статье, в основном правильной, при постановке, вопросов, по нашему мнению, имеется ряд неверных положений и рекомендаций. Так, авторы утверждают, что при напряжениях выше прочности пород при сжатии во вмещающих породах происходят интенсивные деформации вязкопластического течения. Это неверно, так как при таком уровне напряжений горные породы типа глинистых и песчанистых сланцев, а также песчаников разрушаются. Утверждение о необходимости применения замкнутых крепей согласуется с вязкопластическим течением пород, при повтором роль крепи сводится к минимуму. Неверно также утверждение, что участки выработок Длиной 20—30 м вблизи забоя в выработках, проводимых вне зоны опорного давления, имеют самостоятельное значение. Размеры этой зоны, являющейся зоной влияния забоя выработки, зависят от соотношения прочности пород и напряжений в окружающем массиве. Границей такой зоны могли бы быть максимальные скорости смещений контура выработки. При напряжениях выше прочности пород максимальные скорости наблюдаются непосредственно у забоя выработки, а при напряжениях меньше предела длительной прочности пород они располагаются в 30—40 м позади забоя. Усреднение же размеров этой зоны ведет к неверным рекомендациям места установки крепи.

Мы не согласны с высказыванием авторов о том, что при залегании в кровле слабых глинистых сланцев мощностью до (6-?- 7) т (т—мощность пласта) крепь с сопротивлением (6+7) yml (у—средняя плотность пород; I—ширина выработки) и податливостью Д > 0,05-0,06 /п/ обеспечит безремонтное поддержание выработки. Расчет смещений по указанной формуле был предложен В. Т. Давидянцем для очистных забоев и непригоден для подготовительных выработок, где смещения пород зависят от времени и расстояния до очистного забоя, а также глубины заложения выработки.

Для Основной крепи выработок К. А. Ардашев и Н. П. Бажин рекомендуют сопротивление 10—25 тс/м выработки и податливость 250—800 мм. При этом сопротивление крепи и ее податливость уменьшаются по мере снижения устойчивости почвы для выработок, поддерживаемых позади лавы, и увеличиваются для выработок, проводимых вприсечку. Такое противоречие не имеет смысла.

Непонятны рекомендации параметров и области применения усиливающих крепей. Для легкообрушающихся основной кровли. Высота зоны разрушения ограничивается мощностью пород непосредственной кровли.

Характерной особенностью пород подкласса I. 3 является либо отсутствие непосредственной кровли, либо ее незначительная мощность. Основная кровля — прочные песчаники или известняки. Смещения кровли нарастают медленно и плавно (рис. 1, в). Они происходят из-за опускания прочных пород за счет прогиба. Смещения могут затухать полностью через несколько месяцев после проведения выработки позади лавы.

Для II класса пород кровли характерно разрушение в виде скола. Нами выделено два подкласса пород в зависимости от структуры массива.

Подкласс 11.1. Графики смещений имеют ступенчатый характер, связанный с опусканием блоков пород, образовавшихся от скола (рис. 2, а). Максимальная скорость смещений наблюдается в 10—40 м от очистного забоя. Смещения кровли происходят от опускания блоков пород, что вызвано режимом заданной деформации.

Подкласс 11.2. На графиках скоростей смещений пород кровли наблюдаются пики с небольшой амплитудой, связанные с разрушением пород непосредственной кровли, и со значительной амплитудой, связанные с разрушением основной кровли на блоки (рис. 2, б). Максимальные скорости наблюдаются вблизи выработки, проводимой позади лавы.

Величина смещений почвы в пределах каждого из классов и подклассов пород кровли будет зависеть от литологической принадлежности и прочности породы. В связи с этим поведение пород почвы должно классифицироваться в соответствии с классами и подклассами пород кровли и дополнительным разделением пород почвы по их литологическому составу на глинистые сланцы, песчаники и известняки.

Предлагаемая классификация пород не является законченной и всеобъемлющей, однако, она может служить основой для обоснованного выбора различных способов и средств охраны и поддержания подготовительных выработок.

Таблица 2

При проектировании и разработке средств охраны и поддержания подготовительных выработок важное значение имеет представительность тех или иных условий залегания угольных пластов.

Анализ горно-геологических условий 1114 выработок, запланированных к проведению в 1976—-1980 гг. на шахтах производственного объединения “Донецкуголь”, показал, что на долю подклассов 1.1 и 1.2 приходится 44 и 45,5% всех выработок. Подкласс 1.3 и II класс кровель будут составлять соответственно 4,1 и 6,4% выработок.

Важное значение для выбора средств охраны и поддержания выработок имеет сочетание состава пород почвы и подклассов пород кровли (табл. 2). Анализ условий поддержания и охраны кровли выработок показывает, что наиболее сложными являются такие условия, когда в кровле залегают породы подкласса 1.2 и влияние основной кровли проявляется максимально (45,5% всех выработок), а также подкласса 1.1, когда в кровле образуется зона разрушенных пород максимальных размеров. Как в первом, так и во втором случаях более сложными являются условия при залегании в кровле глинистого сланца.

Максимальное пучение пород почвы наблюдается при залегании в кровле пород подкласса 1.2, а в почве— глинистых сланцев.

Следующими по сложности поддержания почвы являются сочетания подклассов 1.2, 1.3, 11.1 и 11.2 с песчанистым сланцем в почве. Таким образом, наиболее сложными условиями поддержания кровли и почвы являются сочетания подкласса пород кровли 1.2 с глинистыми и песчанистыми сланцами в почве пластов.

Величины опускания кровли и пучения почвы будут зависеть не только от сочетаний подклассов пород кровли и почвы, но также от мощности пласта и пород непосредственной кровли и почвы, их прочности и др.

Рассмотрим возможные пути уменьшения смещений кровли и почвы выработок в различных зонах их расположения, основываясь на изложенных физических представлениях применительно к подклассу 1.1 пород кровли и глинистому сланцу в почве пласта.

Таким образом, для выработок, которые погашаются позади очистного забоя, смещение кровли можно снизить применением временных усиливающих крепей. При этом эффективность усиливающих крепей повышается с увеличением сопротивления крепи, что связано с большими размерами зон разрушенных пород. При наличии мощных глинистых сланцев в кровле пласта целесообразно применять усиливающие крепи с сопротивлением до 100 те на 1 м выработки.

Временные усиливающие крепи обеспечивают снижение смещения кровли на сопряжении до 150—250 мм и применение трехзвенных усиливающих крепей.

Изменение характера деформаций пород кровли позади очистного забоя приводит к тому, что смещения кровли в значительной степени зависят от способа управления непосредственной кровлей со стороны выработанного пространства. Если породы кровли опускаются на бутовые полосы небольшой плотности, то в движение приводится массив большой мощности и основная доля смещений не будет зависеть от сопротивления крепи. Чем жестче сооружение на границе выработки с выработанным пространством, тем большую роль в смещениях кровли приобретают разрушения и расслоения пород и возрастает роль сопротивления крепи выработки.

Продолжение

Наши эксперименты показывают, что с помощью применения усиливающих крепей с сопротивлением до 100 те на участке позади лавы длиной около 100 м смещения кровли можно уменьшить 'в 1,5—2 раза. Однако такое снижение смещений не дает возможности применять трехзвенные арочные крепи с податливостью около 400 мм. Уменьшить смещения кровли можно применением жестких стенок или полос, а также обрушением пород непосредственной кровли вблизи очистного забоя.

Аналогичные исследования, проведенные нами и другими исследователями для других подклассов пород, дают возможность наметить основные пути снижения расходов ла поддержание подготовительных выработок. Наши рекомендации по креплению и охране выработок в зонах опорного давления приведены в табл. 3.

1. Ардашев К. А., Бажин Н. П. Геомеханические основы выбора и совершенствования бесцеликовых способов охраны и поддержания подготовительных выработок.— “Уголь”, 1976, № 9, с. 23—31.

2. Горное давление, сдвижение горных пород и методика маркшейдерских работ. Сб. XXX. Л., ВНИМИ, 1970, с. 334.

3. Смирнов Б. В. Теоретические основы и методы прогнозирования горно-геологических условий добычи полезных ископаемых по геологоразведочным данным. М., Недра, 1976, с. 119.