Касьян Н.Н. Клюев А.П. Шагиев А.Т.
РАЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ АНКЕРНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ СКЛАДКООБРАЗОВАНИЯ ПОРОД ПОЧВЫ ВЫРАБОТОК
X Jubileuszowe Miedzynarodowe Sympozjum Geotechnika Geotechnics, 2002, Gliwice-Ustron, 15-28 pazdziernika, 2002. - C.127-130.
РАЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ АНКЕРНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ
СКЛАДКООБРАЗОВАНИЯ ПОРОД ПОЧВЫ ВЫРАБОТОК
Анализ состояния подготовительных выработок глубоких шахт Донбасса показывает, что в 60% случаев потеря их устойчивости связана с пучением пород почвы. Природа этого явления представляет собой результат сложных геомеханических процессов, происходящих в породном массиве, вмещающем выработку, механизм которых до настоящего времени не является полностью изученным.
Вместе с тем некоторые особенности и закономерности процесса пучения пород почвы достаточно изучены [1,2].
Так, установлено, что интенсивное смещение почвы наблюдается в выработках, почва которых сложена относительно слабыми слоистыми породами. С увеличением ширины выработки величина поднятия пород почвы в полость выработки увеличивается. В большинстве случаев пучение почвы выработок проявляется как процесс складкообразования породных слоев за счет их смещения в плоскости напластования.
Установлено, что область слоёв почвы выработок формирующих складку по форме напоминает треугольник, основанием которого является свободный пролёт выработки.
Результаты выполненных шахтных и лабораторных исследований позволили установить, что в процессе формирования складки соотношение между смещением слоёв пород почвы по напластованию и их поднятием составляет 1:4; 1:6.
На сегодняшний день разработаны и испытаны в шахтных условиях эффективные способы борьбы с пучением пород почвы выработок за счёт их активной разгрузки с последующим упрочнением (АРПУ) [3] и с помощью компенсационных щелей (КЩ) [4]. Однако наряду с высокой эффективностью эти способы обладают рядом существенным недостатков. Реализация этих способов производится с применением взрывных работ, что сопряжено с остановкой технологического цикла проведения выработок (при комбайновой проходке). Эффективность действия способа (КЩ) ограничивается определённым интервалом времени существования выработки.
:
Одним из рациональных направлений обеспечения устойчивого состояния выработок является применение анкерных систем для укрепления пород почвы. На рис. 1 а,б показаны традиционные схемы расположения анкеров при укреплении пород почвы выработок.
Опыт их применения показывает, что они эффективны только в условиях наличия в почве выработок относительно небольшой мощности (1,5–2 м) слабых слоистых пород, за которыми залегают прочные породы. В этом случае анкерная крепь выполняет роль элементов «подшивающих» слабые породы к более прочным. При наличии в почве выработок слабых пород большей мощности (4–6 и более метров) происходит обыгрывание разрушенной породной анкерной крепи. При традиционных схемах расположения анкерной крепи последняя, в большей степени, выполняет роль силового элемента. Результаты выполненных исследований в ДонНТУ показали, что в условиях разрушающихся или уже разрушенных пород более эффективно использовать анкерные системы в качестве армирующих элементов. Но для этого необходимо применять пространственное расположение анкерной крепи [5].
В ДонНТУ разработан способ предотвращения складкообразования пород почвы выработок с использованием анкерных систем (рис.2). Сущность его заключается в том, что анкерная крепь устанавливается розетками (по 2 анкера (1) под опорную планку (2)). При этом анкера устанавливаются под углом 90° к поверхности, ограничивающей область породных слоёв формирующих складку. По длине выработки анкерные розетки устанавливаются с интервалом 0,5–1 м.
:
Результаты лабораторных исследований влияния рекомендуемой схемы установки моделей показали, что при этом происходит трансформация складки в надвиг. Смещения пород почвы выработки не превышали 200–250 мм.
Таким образом, рекомендуемая схема установки анкерной крепи способствует изменению характер разрушения слоистых пород почвы выработки от разрушения в форме складки к разрушению в форме надвига.
В настоящее время на ряде глубоких шахт Донбасса намечено проведение промышленных испытаний рекомендуемого способа предотвращения складкообразования пород почвы выработок с целью обоснования его рациональных параметров и области применения.
Литература
[1] Черняк И.Л. Повышение устойчивости подготовительных выработок. – М.: Недра, 1993. – 256 с.
[2] Касьян Н.Н., Костоманов А.И., Мороз О.К. Механизм пучения почвы горных выработок в условиях хрупкого разрушения пород // Изв. вузов. Горный журнал. – 1996. – №1. – С. 4–8..
[3] Касьян Н.Н., Клюев А.П., Лысенко В.И. Влияние анкерной крепи на геомеханические процессы в массиве пород вокруг поддерживаемых выработок // Изв. Донецкого горного института, 1996. – №1(3). – с.57–60.
[4] Патент Украины 38093А Е21Д13/02. Способ охраны выработки / М.П. Зборщик, А.П. Клюев, Н.Н. Касьян, И.А. Скидан. – Опуб. 15.05.2001. Бюл. №4.