УДК 622.268.13

САМОЙЛОВ В.Л. (ДонНТУ)

 

ВЗРЫВОЩЕЛЕВАЯ РАЗГРУЗКА ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

 

       Обобщены результаты исследования параметров взрывощелевой разгрузки на моделях из эквивалентных материалов и в шахтных условиях, а также опыт применения паспортов охраны штреков крутых пластов, базирующихся на взрывощелевой разгрузке.

 

В настоящее время и в обозримом будущем уголь есть и будет основным энергоносителем, а, следовательно, и гарантом экономической независимости Украины. Запасов нефти и газа на доступных глубинах в Украине очень мало, в то время как разведанных запасов угля при добыче 100-110 млн. т. в год хватит более чем на 300 лет[1].

Для достижения вышеуказанной добычи наряду с реструктуризацией угольной про­мышленности, применением высокопроизво­дительной техники и технологии в очистных и подготовительных забоях необходимо обеспе­чить эксплутационное состояние горных выработок.

Достичь этого можно следующим образом:

1. Использованием благоприятных горно-геологических условий (проведением горных выработок вне зоны геологических разрушений, по более прочным породам, а при пересечении выработкой слабого слоя — расположением его в боках выработки).

2. Сохранением или восстановлением прочности вмещающих горных пород (путем анкерования или нагнетания различных упрочняющих составов).

3.  Созданием региональных или локальных зон разгрузки в породах, вмещающих горную выработку (путем предварительной или после­дующей отработки разгрузочной лавы, буре­нием разгрузочных скважин в массиве угля, создания в почве или боках выработки с по­мощью БВР или выбуривания разгрузочных (компенсационных) щелей).

4.  Выбором соответствующей технологии проведения и крепления горной выработки с целью создания системы «крепь — порода» (применением проходческого комбайна вместо БВР; путем тампонажа закрепного пространст­ва, применения предварительного распора, рукавов «Буллфлекс», набрызгбетона по пери­метру крепи и т.д.).

5.  Комбинацией вышеперечисленных спо­собов (например, АРПУ, «крепь — охрана»).

Каждый из вышеперечисленных способов имеет свои преимущества, недостатки и об­ласть применения. Для подготовительных вы­работок, примыкающих к очистному забою, с небольшим сроком службы наиболее прием­лемым является создание локальной зоны разгрузки с помощью взрывощелевой разгрузки (ВЩР), трудоемкость которой по сравнению с другими способами в несколько раз ниже [2].

Сущность взрывощелевой разгрузки за­ключается в бурении разгрузочных шпуров в боках выработки и взрывании в них камуфлетных зарядов ВВ. Разгрузочные шпуры взры­ваются, как правило, одновременно со шпура­ми в забое выработки, проводимой с помощью БВР. В результате по бокам выработки образу­ется локальная зона разгрузки. ВЩР способст­вует ускоренному формированию вокруг вы­работки зоны неупругих деформаций с мень­шими размерами, чем при проведении выра­ботки без разгрузки, более равномерному рас­пределению давления по периметру крепи. Переносу локальной концентрации напряжений в глубь массива и перерезанию слоев по­род почвы, участвующих в пучении. В резуль­тате этого уменьшаются смещения пород на контуре выработки, нагрузка на ее крепь, улучшаются условия работы крепи, снижается пучение пород почвы, что в целом повышает устойчивость выработки и снижает затраты на ее поддержание.

На пологих угольных пластах взрывощеле­вая разгрузка начала применяться для капитальных горных выработок, не подверженных влиянию очистных работ, в 60-х — 70-х годах XX столетия [3,4]- Позже, в

80-х годах, ВЩР стала применяться для повышения устойчиво­сти выработок, подверженных влиянию очист­ных работ.

На шахтах, разрабатывающих крутопа­дающие пласты, опыта применения ВЩР не было. Необходимо было установить возмож­ность применения и эффективность ВЩР в условиях крутопадающих пластов.

      В ДПИ в результате выполнения хоздого­ворной темы были разработаны технологиче­ские схемы охраны полевых выемочных штре­ков крутых пластов, базирующиеся на ВЩР [5]. При этом принимались с некоторой корректировкой параметры, рекомендуемые в работе [4], а именно: длина разгрузочных шпуров 2,5-3,1 м; расстояние между шпурами в зависимости от прочности вмещающих по­род и глубины разработки 0,45-0,75 м; масса заряда в шпуре при применении ВВ типа Т-19 для выработок сечением в свету 8,5 и 10,4 м² — 0,6 кг, а для сечения 12,8м² — 0,9 кг; угол наклона шпуров к горизонтальной плос­кости — 30 градусов.

Апробация вышеуказанных технологиче­ских схем охраны была осуществлена на шах­тах «Кочегарка» и имени H.A. Изотова ПО «Артемуголь». Выполненные работы доказали возможность применения и эффективность ВЩР при обработке крутых пластов при влия­нии очистных работ на выемочные полевые штреки. В результате применения ВЩР пуче­ние почвы уменьшилось в 2-4 раза, резко уменьшились затраты на поддержание вырабо­ток. Кроме этого экспериментально было до­казано, что отставание во времени от момента проходки выработки (взятия заходки) до про­ведения ВЩР должно быть таким, чтобы зона неупругих деформаций (ЗНД) вокруг прово­димой выработки еще не сформировалась, то есть не более 1,0-1,5 месяцев при заложении выработки в породах средней крепости и не более 2,0-3,0 месяцев при расположении ее в прочных породах. Если ВЩР проводить после того, как вокруг выработки сформировалась ЗНД, то нарушается установившееся равнове­сие системы «крепь — порода», увеличивается размер ЗНД. Это приводит к резкому увеличе­нию перемещений пород на контуре выработ­ки, нагрузки на ее крепь и, как правило, к необходимости перекрепления выработки [7].

После апробации в различных горно­геологических условиях технологические схе­мы [5] вошли составной частью в типовые паспорта охраны штреков на крутых пластах [2], утвержденные Минуглепромом УССР.

Промышленное внедрение паспортов ох­раны полевых штреков, базирующихся на взрывощелевой разгрузке вмещающих пород, показало их высокую эффективность. Так на шахте «Кондратьевка» шахтоуправления «Александр-Запад» ПО «Артемуголь» было пройдено с ВЩР два участка восточного поле­вого откаточного штрека пласта «Куцый» гор. 740 м длиной 245 и 275 м. Экономический эф­фект составил от 40 до 60% стоимости прове­дения 1м выработки [8].

Шахты Центрального Района Донбасса от­рабатывают свиты крутых пластов. При этом имеет место многократная подработка и над­работка выемочных и групповых пластовых и полевых штреков. Как изменятся при этом па­раметры ВЩР, как долго сохранится эффект разгрузки, сколько под- и надработок может компенсировать ВЩР — не известно. На эти вопросы должна была дать ответы хозтема №87-28 «Разработать и внедрить способы ох­раны штреков при разработке свиты крутых пластов, базирующиеся на взрывощелевой раз­грузке вмещающих горных пород», выполняе­мая под руководством автора данной статьи. Работа планировалась сроком на три года. Но в связи с решением Минугрепрома об уменьше­нии отчислений средств ЕФРНТ выполнялась только полтора года. В связи с этим в полном объеме выполнены исследования на моделях из эквивалентных материалов и начаты широ­комасштабные натурные исследования на шахтах им. Ф.Э. Дзержинского, им. Артема и им.К.Е. Ворошилова ПО «Дзержинскуголь». С ВЩР было пройдено около 200м полевого и пластовых штреков. Заложены наблюдатель­ные станции на контрольных и эксперимен­тальных участках.

На моделях из эквивалентных материалов имитировались различная длина разгрузочных шпуров, расстояние между ними, угол наклона разгрузочных шпуров и величина заряда ВВ.

Отработка моделей позволила сделать сле­дующие выводы [9, 10]:

1.  Длина соседних разгрузочных шпуров не должна отличаться более, чем на половину длины заряда. В противном случае не возмож­но создать вдоль выработки непрерывную зону разгрузки.

2.  При величине заряда в шпуре, равном 0,6 кг ВВ типа Т-19, расстояние между разгрузочными шпурами можно увеличить с 0,45-0,75 до 1,0-1,2 м. Что без ухудшения качества приведет к уменьшению трудоемкости ВЩР в 1,5-2,0 раза и к повышению ее экономической эффективности.

3.  При увеличении заряда ВВ в разгрузоч­ных шпурах до 0,9 кг расстояние между ними может быть увеличено до 1,5-2,0 м.

4.  Эффективность ВЩР при бурении раз­грузочных шпуров под углом к напластованию значительно выше, чем при бурении их по на­пластованию.

Данные выводы были учтены при состав­лении паспортов охраны штреков, базирую­щихся на ВЩР, выше указанных шахт [10].

Проведенный объем шахтных наблюдений позволил подтвердить правильность выводов, полученных в результате моделирования, а также в первом приближении показал, что, чем сложнее условия поддержания штреков, тем выше эффективность ВЩР [11]. К сожалению, из-за прекращения работ ответить на все по­ставленные вопросы не удалось.

Таким образом, моделирование эквива­лентными материалами, многолетние шахтные исследования показали эффективность взры­вощелевой разгрузки как средства повышения устойчивости горных выработок в условиях пологого и крутого падения, как при отсутст­вии, так и при наличии влияния очистных ра­бот на поддерживаемые выработки.

 

                                                 

Библиографический список

1.  Умиль Е. Вече. Представители промышленных регионов Украины решали в Донецке судьбу топливно-энергетического комплекса // Донецкие новости, 2000. —№45/489/, 9-15 ноября.

2.  Типовые паспорта охраны штреков на крутых пластах разгрузкой вмещающего массива, упрочнением пород и усилением арочной крепи / Минуглепром УССР. — ДонУГИ. — Донецк, 1986. — 76 с.

3.  Огнев Г.И., Кошелев К.В., Левченко В.П. Шахтные исследования щелевого способа разгрузки пород­ного массива // Проектирование и строительство угольных шахт, 1966. — №8. — С. 24-26.

4.  Технологические схемы снижения напряженного состояния породного массива вокруг капитальных горных выработок (взрывощелевая разгрузка) / Кошелев К.В., Стрельцов Е.В., Косков И.Г. и др. — Харько-Донецк: ВНИИОМШС, 1979. — 35 с.

5.  Типовые технологические схемы охраны полевых выемочных штреков крутых пластов / Братишко A.C., Гавриш H.H., Самойлов В.Л., Курицын Б.И. — Донецк: ДПИ, 1984. — 38 с.

6.  Братишко A.C., Гавриш H.H., Самойлов В.Л., Эпштейн A.C. Взрывощелевая разгрузка полевого штрека на крутом пласте // Уголь Украины, 1985. — №8. — С. 26-28.

7.  Применение взрывощелевой разгрузки с целью повышения устойчивости полевых выемочных штреков на шахтах крутого падения / Самойлов В.Л., Братишко A.C., Титенок А.П. — Разработка месторождений по­лезных ископаемых: Респ.межвед. науч.-техн. сб., 1987. — вып.76. — С. 53-58.

8.  Повышение устойчивости штрека крутого пласта путем взрывощелевой разгрузки вмещающих горных пород / Самойлов В.Л., Краснов СВ., Максионович А.Г. — Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического совещания «Пути улучшения состояния горных выработок» (г.Донецк, 10-13 октября 1989г.) Минуглепром СССР, ЦНИЭИуголь, М., 1989.

9.  Самойлов В.Л., Григорьев С.Г., Жмыхов В.Н. Исследование влияния длины разгрузочных шпуров и расстояния между ними на формирование зоны разгрузки на моделях из эквивалентных материалов / Донецк, политехнический институт. — Донецк, 1988, — 12с. — Деп.в ЦНИЭИуголь 10.05.88, №4556.

 

10.Разработать и внедрить способы охраны штреков при разработке свиты крутых пластов, базирующиеся на взрывощелевой разгрузке вмещающих горных пород: Отчет о НИР (заключ.) / ДПИ. — № ГР 01870048917. —Донецк, 1988.

11.Самойлов В.Л. Предотвращение пучения пород почвы в подготовительных выработках с помощью взрывощелевой разгрузки // Сб. докладов научной конференции № 4. — 1 часть. — Секция 4. — ГМИ. Острава, 1990. —С. 62-63.

 

© Самойлов В.Л., 2002