Под охраной горных выработок, следует понимать комплекс дополнительных специальных мероприятий, направленных на повышение устойчивости породных обнажений и крепи обеспечивающих безопасные и экономичные условия эксплуатации выработки в течение всего срока ее службы.
Проявление горного давления в выработках обусловлены влиянием большого числа естественно-геологических и производственно-технических факторов. Однако устойчивость породных обнажений выработки и прилегающих к ней горных пород зависит, главным образом, от физико-механических свойств горных пород и действующих в них напряжений. Поэтому все способы охраны выработок направлены либо на изменение количественных показателей этих двух групп факторов, либо на использование наиболее благоприятного их сочетания.
С некоторой степенью условности способы охраны могут быть подразделены на три группы: укрепление пород, разгрузка массива и комбинированные способы. Условность этого группирования объясняется тем, что некоторые способы охраны не могут быть однозначно отнесены к определенной группе. По своим результатам или физической сущности, а также по характеру воздействия на основные влияющие факторы они примерно одинаково характеризуют то или иное направление повышения устойчивости породных обнажений в выработке, например, выбор формы поперечного сечения выработок. С одной стороны, - это снижение напряженного состояния, так как при круговом или близком к нему очертании поперечного сечения выработки коэффициент концентрации напряжений меньше, чем при трапециевидном или прямоугольном. С другой стороны, - это укрепление пород, так как, обеспечивая условия, при которых порода работает на сжатие, мы повышаем несущую способность породного обнажения. Аналогичные примеры можно привести и по ряду других способов. Однако эта условность деления не вносит большой погрешности в оценку направления повышения устойчивости породных обнажений, группирование проводится по основному, енаиболее результативному признаку.
Укрепление пород: сущность этой заключается в предупреждении интенсивной деформации массива либо в его искусственном омоноличивании с целью повышения несущей способности. Эта группа называется группой упрочнения пород. Можно говорить об условной прочности, характеризующей возможность породного массива воспринять повышенные напряжения за счет повышения плотности и уменьшения степени трещиноватости. К этой группе могут быть отнесены такие способы, как оставление предохранительных целиков, оставление потолочных и почвенных слоев и укрепление пород нагнетанием вяжущего вещества.
Оставление потолочного и почвенных слоев при разработке угольных месторождений самостоятельно значения не имеет, в редких случаях используется как вспомогательный способ.
Укрепление пород нагнетанием вяжущего вещества – основной способ данной группы, по своим результатам он относится к наиболее эффективным способам охраны. К этой группе иногда относят и выбор допустимого радиуса закругления выработки и оценку зон повышенных напряжений в пределах сопряжений и пересечений выработок. Это обязательное мероприятие.
Разгрузка породного массива: сущность мероприятий этой группы заключается в искусственном снижении напряженного состояния вмещающего выработку породного массива. Группа включает следующие способы охраны: проведение выработок широким ходом, увеличение начального сечения выработок, выбор формы поперечного сечения выработки, технологическая податливость крепи, проведение выработки в два этапа, взрывощелевая разгрузка породного массива, надработка породного массива.
Основным назначением сооружения выработок широким ходом первоначально было оставление породы в шахте и в некоторой степени – снижение потерь угля. Вопросы охраны выработок при этом обычно не учитывались. В последние годы оценка состояния выработок, пройденных обычным и широким ходом, показала, что устойчивость выработок в последнем случае выше, чем при сооружении обычным способом. Это дает основание рассматривать его как способ охраны выработок. По конечным результатам все способы этой группы относят к наиболее эффективным, а в ряде случаев являются единственно возможным для обеспечения эксплуатационного состояния выработки.
Комбинированные способы: эта группа предусматривает одновременное использование двух способов охраны: активная разгрузка и последующее укрепление, проведение выработки в два этапа со взрывощелевой разгрузкой.
К третьей группе способов можно отнести практически любое сочетание различных способов охраны. Способы этой группы должны применятся как включение, что связано с достаточно высокими начальными дополнительными затратами, которые, однако, в последствии окупаются снижением расходов на поддержание выработок. Но в подавляющем большинстве случаев обеспечение эксплуатационного состояния выработки может быть достигнуто с меньшими начальными дополнительными затратами путем применения одного правильно выбранного, способа охраны. Как отмечалось выше, способы охраны требуют дополнительных начальных затрат, поэтому важным является правильность выбора охраны.