А.О. Новиков, А.В. Захаренко

         Развитие угольной промышленности в Донбассе сопровождается увеличением глубины горных работ, сечения и общей протяженности поддерживаемых выработок. Только за последние 20 лет объем добычи угля на шахтах с глубиной более 700 метров возрос в 2 раза. Увеличение глубины горных работ за этот же период привело к росту средней несущей способности крепи в 2,5 раза, стоимости крепления - в 2,3 раза, а трудоемкости - в 3,7 раза. Однако попытки обеспечить безремонтное поддержание выработок за счет увеличения несущей способности крепи положительных результатов не дали. Ежегодно протяженность выработок, находящихся в неудовлетворительном состоянии, увеличивается на шахтах Донбасса на 2 - 3%. С переходом на большие глубины применяются все более металло и трудоемкие, а также дорогостоящие крепи. Стоимость крепи составляет 30 - 35% от общей стоимости сооружения выработки, трудоемкость возведения крепи - до 50% от общей трудоемкости сооружения выработки. В настоящее время 91,3% выработок на строящихся шахтах Донбасса крепится металлической арочной податливой крепью, которая практически исчерпала свои возможности, прогрессивные же конструкция крепей (монолитно-бетонная, набрызгбетонная, анкерная) имеют ограниченный объем применения, поскольку не соответствуют реальным условиям нагружения и часто деформируются. Сложившееся положение объясняется целым рядом причин. Так, не учитываются изменения геомеханического состояния вмещающего массива в период сооружения выработок, обусловленные технологией и организацией работ, а значит, своевременно не применяются дополнительные мероприятия (способы охраны), направленные на повышение устойчивости сооружаемых горных выработок. Это приводит к тому, что около половины проводимых выработок уже перед сдачей в эксплуатацию перекрепляются. Не решены вопросы поддержания выработок и в период их эксплуатации. Ремонт в выработках начинают, как правило, при отсутствии зазоров между транспортом и крепью и при нарушениях эксплуатационного режима, оговоренных в ПТЭ. Степень деформации выработки по ее длине на момент начала ремонтных работ колеблется от 12 до 85%. При составлении проектов на ремонтно-восстановительные работы в технических отделах шахт параметры ремонтных работ принимаются на основании имеющегося опыта или решения руководителя. Геомеханическое состояние вмещающего выработку массива при этом не учитывается. Несвоевременное выполнение ремонтных работ повышает общие затраты на поддержание выработок за счет роста степени деформации вмещающего выработку массива и, как результат, увеличивает зону влияния ремонтных работ на смежные с ремонтируемым участки. Поэтому перспективной является разработка способов полдержания капитальных горных выработок на основе учета геомеханического состояния вмещающего массива в различные периоды эксплуатации выработок с целью максимального использования несущей способности системы "породный массив - крепь". В ДонГТУ в течение последних 15 лет проводились исследования устойчивости горных выработок при активном управлении состоянием вмещающего породного массива. В результате предложен ряд способов охраны горных выработок, использующих несущую способность породного массива, реализация которых позволяет значительно уменьшить смещения контура выработки, предупредить пучение пород почвы, снизить материале- и трудоемкость крепления, повысить безопасность работ. По всем разработкам были выполнены лабораторные, аналитические и шахтные исследования, опытно-промышленная проверка и внедрение полученных результатов. Для повышения устойчивости горных выработок за счет создания системы'крепь-порода" после обнажения породного контура выработки было предложено в качестве вре¬менной крепи использовать набрызгбетонное покрытие. Данный способ поддержания позволяет вовлечь в совместную работу с крепью упрочненный приконтурный массив уже 8 начальный момент сооружения выработки, а также вывести процесс возведения постоянной крепи из призабойного пространства, что создает благоприятные предпосылки для механизации процесса крепления и увеличения темпов сооружения выработки. Применение способа обеспечивает снижение материалоемкости крепления на 20%, трудоемкости крепления - на 20-30%, затрат на поддержание выработок - на 15-20%, увеличение темпов сооружения выработок в 1,2-1,5 раза. С целью предупреждения пучения пород почвы в горизонтальных и наклонных горных выработках был разработан способ взрывощелевой разгрузки пород почвы. Его сущность заключается в перенесении максимальных напряженийв глубь массива и создании в почве выработки породной несущей конструкции, свободной от напряжений, путем взрывания камуфлетных зарядов ВВ в боках и почве выработки. Применение данного способа обеспечивает полное предупреждение пучения пород почвы либо уменьшение величины смещения в 3-5 раз (в зонах повышенного горного давления). Для повышения устойчивости горных, выработок за счет выравнивания смещений на их контуре и снижения их конечной величины был разработан способ "крепь-охрана". Сущность его заключается в образовании вокруг выработки на заданном удалении от ее контура зоны пониженных напряжений. Это достигается путем взрывания камуфлетных зарядов ВВ в трубчатых анкерах. Энергия взрыва расходуется на образование зоны раз¬грузки и раскрепление анкеров в шпурах. Не нарушенный приконтурный массив, усиленный анкерами, выполняет роль крепи. Применение способа обеспечивает снижение трудоемкости поддержания выработок на 20-30% и уменьшает смещения контура выработки в1,5-2,0 раза. Ввиду того, что в настоящее время около 20% выработок пересекают разрывные мелкоамплитудные {до 5 м) геологические нарушения , были разработаны рекомендации по поддержанию выработок в этих условиях. Сущность рекомендаций заключается в прогнознои оценке размеров зон влияния нарушений по длине выработки, определении в пределах этих зон особенностей деформирования контура выработки и обосновании параметров способов повышения ее устойчивости. Внедрение разработанных рекомендаций не снижает темпов сооружения выработок и обеспечивает сокращение последующих затрат на их поддержание в 1,3-2,0 раза. Для повышения устойчивости системы выработок (в частности, сопряжений) была выполнена работа, сущность которой заключается в выборе последовательности проведения сопрягающихся выработок и выделении в них участков, испытывающих повышенное горное давление, с целью управления последним путем дифференцированного применения способов разгрузки массива от повышенных напряжений и усиления крепи. Использование рекомендаций позволяет уменьшить смешения пород кровли и почвы выработки в 2-3 раза, боков - в 1,5-2,0 раза, снизить затраты на поддержание на 30%. С целью предупреждения пучения пород почвы в эксплуатируемых выработках был разработан способ разгрузки пород компенсационными полостями. Сущность его заключается в предотвращении эффекта складкообразования созданием компенсирующей разгрузочной полости на пути смещения слоев почвы по плоскости напластования. Внедрение способа позволяет предупредить пучение пород или снизить величину смещений в 2-3 раза. Для обеспечения эксплуатационного состояния подготовительных выработок в течение всего срока службы были разработаны рекомендации по выбору оптимальных параметров их перекрепления с учетом геомеханического состояния вметающего массива. Сущность рекомендаций заключается в установлении оптимального соотношения между относительным уменьшением поперечного сечения выработки и размером зоны неупругих деформаций, сформировавшейся вокруг нее, с целью определения параметров перекрепления выработки (время начала ремонта, размеры выработки после ремонта, несущая способность крепи, устанавливаемой после ремонта протяженность участков, примыкающих к месту ремонта, на которых необходимо усиление крепи). Внедрение рекомендаций позволяет снизить затраты на поддержание выработок на 30-60% за счет одноразового ремонта и возможного снижения начальных затрат на крепление. Внедрение перечисленных способов на шахтах Донбасса позволило существенно улучшить состояние горных выработок. Однако, как показал опыт, эффективность этих способов в значительной мере зависит от своевременности их реализации. Ввиду того, что поддержание горной выработки за все время ее существования включает ряд этапов (сооружение одиночной выработки, сооружение системы выработок, поддержание выработок в период развития горных работ), были выполнены исследования по учету геомеханического состояния вмещающего выработку массива на этих этапах ее существования. В результате нами были разработаны и утверждены "Минуглепромом СССР" "Технологические схемы поэтапного поддержания капитальных горных выработок на основе разгрузки породного массива от повышенных напряжений".