Постоянное увеличение глубины разработки крутых пластов приводит к ухудшению состояния горных выработок, особенно выемочных штреков, подверженных влиянию очистных работ. Значительные трудности в поддержании пластовых штреков эксплуатационном состоянии способствовали увеличению объема проведения полевых как групповых, так и выемочных штреков. Так, если в 1976 г. на шахтах Центрального района Донбасса на долю полевых штреков приходилось всего лишь 12,2 % от общего объема проводимых выработок, в 1980 г.— 26,6 %, то в 1984 г. их объем составлял уже 35,4 %. Однако, как показал анализ состояния полевых выемочных штреков, проведение их на расстоянии от разрабатываемого пласта в пределах 5—15 м в большинстве случаев также не обеспечивает существенного улучшения их состояния, так как выработки попадают в зону значительных опорных давлений. Проведение штреков, на большем расстоянии от пласта не всегда выгодно с технологической и экономической точек зрения.

С целью повышения устойчивости полевых выемочных штреков, подверженных влиянию очистных работ в Донецком политехническом институте в 1982—1983 гг. были разработаны технологические схемы охраны этих выработок, базирующиеся на взрывощелевой разгрузке. До этого времени взрывощелевая разгрузка применялась, только в капитальных горных выработках, не подверженных влиянию очистных работ . Сущность взрывощелевой разгрузки заключается в искусственном образовании в породном массиве вокруг выработки локальной-области пониженных напряжений, создаваемой с помощью камуфлетного взрывания в шпурах зарядов ВВ. Взрывощелевая разгрузка приводит к переносу повышенного горного давления от выработки в глубь массива; перерезанию слоев горных пород, участвующих в пучении; ускорению образования вокруг выработки зоны неупругих деформаций и наступления равновесия системы «порода — крепь»; более равномерному нагружению крепи по периметру выработки, и в конечном итоге — повышению ее устойчивости. Апробация вышеуказанных технологических схем охраны тюлевых выемочных штреков была осуществлена в 1983—1984 гг. на: шахтах «Кочегарка» и имени Н. А. Изотова ПО «Артемуголь»,

На шахте «Кочегарка» взрывощелевая разгрузка производилась в западном полевом откаточном штреке — «Девятка» гор."970 м, пройденного по песчаному сланцу с коэффициентом крепости f = 6—7 по шкале проф. М. М. Протодьяконова с небольшой (до 0,6 м) присечкой песчаника с f = 8. На шахте имени Н. А. Изотова взрывощелевая разгрузка была осуществлена в западном полевом откаточном штреке пласта т3 — «ТОЛСТЫЙ» гор. 870 м. Штрек пройден по песчано-глинистым сланцам с f = 6—7. В середине сечения штрека находится слой известняка мощностью 1,6 м с f = 9—10. В обоих случаях штреки проводились с помощью буровзрывных работ сечением в свету 9,2 м2 в почве пластов в 5—6 м по нормали от них, крепились арочной металлической крепью АП-3 с шагом установки крепи 1,0 м. При этом на шахте имени Н. А. Изотова под каждую арку устанавливалась деревянная полигональная крепь усиления. Угол падения пласта т3 — 60°. Выемка угля производилась полосами по падению с применением щитовых агрегатов. Ширина вынимаемых полос равна 40 м. Управление кровлей в лавах осуществлялось полным обрушением. Отработка запасов осуществлялась на задние промквершлаги.

Полевые штреки сбивались с углеспусками гезенками скатами, пройденными под углом к горизонтальной плоскости, равным 45— 50°. Выемка полос угля осуществлялась до сопряжения углеспускных гезенков со скатами. Таким образом, над откаточными полевыми штреками оставлялись целики угля с размерами по восстанию 7—10 м (считая от уровня подошвы полевого штрека). В связи с этим при подходе механизированных щитов к откаточным штрекам последние попадали сначала в зону временного опорного давления, затем, после отработки полосы угля,— в зону стационарного опорного давления. Проведенное обследование состояния полевых штреков показало, что на шахте имени Н. А. Изотова основным видом деформаций является выдавливание в выработку пород почвы. На шахте «Кочегарка» наряду с выдавливанием почвы происходит смещение пород висячего бока в сторону выработки в направлении, перпендикулярном напластованию пород. Установленная в штреке крепь АП в основном податливость в вертикальном направлении. Косонаправленная нагрузка на крепь выработки, возникающая в результате смещения пород висячего бока, приводит к неравномерному проскальзыванию элементов крепи относительно друг друга, заклиниванию замков, "стрелянию гаек», разрыву хомутов или искривлению крепи выработки со стороны пласта и к необходимости перекрепления выработки.

Нивелировка почвы и замеры на наблюдательных станциях показали, что смещения пород на контуре выработок начинают резко возрастать при подходе щитовой крепи к полевым штрекам на расстояние, равное 20—30 м. При дальнейшем приближений лав скорости сдвижения контура полевых штреков увеличиваются до максимальных значений, уменьшение их начинается через 1—2 мес. после - отработки полосы угля. Анализ результатов наблюдений показал, что 60—70 % всех смещений контура выработок (время наблюдения более 9 мес.), приходится на период нахождения выработок в зоне влияния временного и частичного стационарного опорного* давления (примерно 1—3 мес.). Таким образом, для улучшения состояния полевых штреков, уменьшения смещения пород на их контуре и уменьшения затрат на их поддержание необходимо прежде всего уменьшить вредное влияние на них временного опорного давления. С этой целью вокруг полевых откаточных штреков создавалась локальная зона разгрузки путем взрывания камуфлетных зарядов в разгрузочных шпурах. Шпуры длиной 2,3—2,5 м бурились в боках выработки на высоте 0,3—0,5 м от ее подошвы под углом. 10—30° к горизонту и перпендикулярно к оси выработки. Расстояние между шпурами вдоль выработки составляло 0,5 м. В каждый шпур заряжалось по два патрона ВВ. При этом патрон-боевик располагался последним от забоя, а электродетонатор — со стороны устья шпура. После этого закладывались две водяные ампулы и глиняная забойка. Суммарная длина забойки была 1—1,2 м. Одновременно, взрывалось не более шести шпуров с каждой стороны выработки. Каждая пара разгрузочных шпуров (по одному с каждой стороны выработки) включалась в серию с одинаковой степенью замедления. Максимальное замедление было у шпуров, расположенных ближе к забоям штреков.

Согласно существующим представлениям [3] взрывощелевую разгрузку необходимо производить в забое выработки при ее прошении. Однако в ряде случаев (например, при проведении выработка комбайном) возникает необходимость выполнять ее с отставанием от забоя или в ранее пройденной выработке. Однако до настоящего времени нет обоснованных рекомендаций о допустимом отставании во времени между моментом проведения выработки и взрывощелевой разгрузкой. Для ответа на этот вопрос на шахте имени А. Изотова разгрузка производилась на участке полевого штрека спустя 2,5—3,0 мес, а на шахте «Кочегарка» — спустя 12 мес осле их проведения. Анализ результатов наблюдений показал, что характер накопления деформаций и средние скорости смещений контура выработок а участках различны. Так, на шахте «Кочегарка» взрывощелевая разгрузка вне зоны влияния очистных работ привела к увеличению абсолютной величины и скорости смещений на экспериментальном участке по сравнению с контрольным участком: сближения кровли «с почвой в 2,51, сближения боков и поднятия почвы в 1,74 раза. В зоне влияния временного опорного давления скорость сближения почвы с кровлей на экспериментальном и контрольном участках равны, а скорости сближения боков и поднятия почвы выработки больше соответственно в 1,38 и 1,63 раза. И только в зоне влияния стационарного опорного давления на экспериментальном участке по сравнению с контрольным абсолютные величины и скорости сближения меньше: кровли с почвой в 2,33, а сближения боков в 1,58 раза. В результате на экспериментальном участке за весь период наблюдений (281 сут.) смещения оказались больше, чем на контрольном: сближение кровли с почвой и сближение боков в 1,31 поднятие почвы в 1,66 раза. не только капитальных, но и выемочных полевых штреков, подверженных влиянию очистных работ на пластах крутого падения. Взрывощелевую разгрузку целесообразно производить в забое выработки при ее проведении. Предельное отставание во времени выполнения взрывощелевой разгрузки от момента проведения выработки должно быть не более 1—1,5 мес при

заложении выработки в породах средней крепости и не более 2—3 мес при расположении ее в прочных породах. Для определения области эффективного применения взрывощелевой разгрузки в условиях крутых пластов необходимо продолжить исследования. Эффект разгрузки проявился только « зоне влияния стационарного опорного давления. На шахте имени Н. А. Изотова вне зоны влияния очистных работ на экспериментальном участке по сравнению с контрольным скорости опускания кровли и сближения боков меньше соответственно в 1,34 и 1,32 раза, а поднятия почвы меньше в 9,18 раза. В зоне влияния временного опорного давления на экспериментальном участке скорость опускания кровли и сближения боков превышают аналогичные скорости на контрольном участке соответственно в 1,67 и 1,27 раза. При этом скорость, поднятия почвы остается меньшей в-4,28 раза. И в зоне влияния стационарного опорного давления на экспериментальном участке по сравнению с контрольным все скорости смещения меньше соответственно в 2,04; 1,31; 1,19 раза. В целом за все время наблюдений (250 сут) в результате взрывощелевой разгрузки пучение почвы уменьшалось в 1,89 раза, бо¬ков—в 1,18, при этом отпускание кровли возросло в 1,04 раза. Эффект разгрузки заключается прежде всего в уменьшении пучения. почвы практически в 2 раза. Такое различие в характере накопления смещений на описанных выше участках объясняется тем, что на шахте «Кочегарка» взрывощелевая разгрузка проводилась спустя год после проведения штрека. В результате взрывания камуфлетных зарядов была нарушено установившееся ранее равновесное состояние системы «порода — крепь» и увеличены размеры зоны неупругих деформаций вокруг выработки. Это привело к увеличению абсолютной величины и скорости смещения контура выработки по сравнению с контрольным участком как при поддержании штрека вне зоны влияния очистных работ, так и при влиянии на него временного опорного давления. После того, как снова установилось равновесное состояние системы «порода — крепь» начал проявляться эффект разгрузки.

На шахте имени Н. А. Изотова вокруг штрека еще не закончилось формирование зоны неупругих деформаций. Взрывание камуфлетных зарядов способствовало ускорению образования этой зоны и установления равновесия системы «крепь — порода», формированию вокруг выработки зоны пониженных напряжений, что и привело к уменьшению величины поднятия почвы и сближения боков выработки. Таким образом, взрывощелевую разгрузку следует производить момент формирования зоны неупругих деформаций. Эффективность ее тем выше, чем меньше пройдет времени после проведения выработки. По данным натурных наблюдений [1] в горных породах средней крепости формирование зоны неупругих деформаций происходит в основном в течение 2—3 мес, в прочных породах — в течение 4— 6 мес. При этом наиболее интенсивно деформации развиваются в - первую половину указанных сроков. Проведение взрывощелевой разгрузки должно совпасть с активной стадией формирования зоны, не упругих деформаций. Таким образом, экспериментально подтверждена возможность применения взрывощелевой разгрузки с целью повышения устойчивости горной выработки.

Список литературы

1.Глушко В. Т., Цай Т. Н., Ваганов И. И. Охрана выработок глубоких шахт.— М. : Недра, 1975.— 200 с.
2.Огнев Г. И., Кошелев К. В., Левченко В. П. Шахтные исследования щеле¬вого способа разгрузки породного массива // Проектирование и строительство угольных шахт.— 1966.— № 8.— С. 24—26.
3.Технологические схемы снижения напряженного состояния породного массива вокруг капитальных горных выработок (взрывощелевая разгрузка) /К. В. Кошелев, Е. В. Стрельцов, И. Г. Косков и др.— Харьков — Донецк : ВНИИОМШС, 1979.- 35 с.

Поступила в редколлегию 06.07,85.