Автор: Доц. Борщевский С.В., Доц. Бородуля А.А., Студ. Сирачев А.Ж.
Вертикальные стволы горнодобывающих предприятий сооружают в комплексе с сопрягающимися и прилегающими к ним горными выработками. Форма и размеры поперечного сечения приствольных выработок и камер могут быть различны, их выбор производится в зависимости от места заложения, физико-механических свойств вмещающих пород, назначения располагаемого оборудования. Проведение сопряжений стволов с околоствольными дворами имеет следующие особенности: значительные площади обнажения пород в связи с большими пролетами и высотой сопряжений, ведение буровзрывных работ, что значительно ослабляет массив пород в районе узла сопряжения, а также большой объем работ по возведению бетонных и железобетонных конструкций.
Указанные особенности, при отсутствии надлежащего обоснования направления проведения горизонтальной части сопряжения по отношению к залеганию вмещающих пород, ухудшают условия работы при строительстве и эксплуатации крепи участков стволов над сопряжением.
К настоящему времени накоплены весомые знания об условиях эксплуатации угольного бассейна в Донбассе и особенностях проявления горного давления в шахтах, в т.ч. на сопряжениях вертикальных стволов. К геомеханическим особенностям региона относятся следующие факторы:
Этими фундаментальными особенностями массива определяются направления поиска и создания охранных систем горных выработок. Основные принципы, которые следует положить в основу их разработки, должны быть связаны с обеспечением повышения устойчивости породного массива с учетом особенностей и стадий развития в нем фронта разрушения, т.е. следует обеспечить объемное упрочнение пород.
Особенности же деформаций прилегающих к стволам пород в районе сопряжения приводят к необходимости использования, для повышения их устойчивости, специальных регулятивных элементов крепи.
По степени нагруженности и напряженно-деформированного состояния крепи сопряжения с горизонтальными выработками околоствольного двора выделяют четыре зоны:
I – зона примыкания ствола к горизонтальной выработке;
II - то же, к почве горизонтальной выработки;
III – зона наиболее ослабленного сечения сопряжения;
IV – зона наиболее ослабленного сечения горизонтальной выработки.
Протяженность I и II зон принимается равной 5 r0, где r0 - радиус ствола в свету.
Поскольку радиус большинства стволов, находящихся в эксплуатации, составляет не более 4,20 м - протяженность I и II зон для них составляет 21 м. При проведении обследований, для единообразия, протяженность I и II зон была принята равной 20 м для всех условий, по данным практики значительно занижено. Протяженность IV, согласно исследованиям УкрНИМИ зоны составляет 30…50 м. Отметим, что хотя зоны III и IV не являются предметом исследования данной работы, их состояние, конструктивные особенности, различные геотехнические характеристики взаимосвязаны с зонами I и II, и оказывают на них влияние. Состояние крепи обследованных сопряжений в ряде случаев не соответствовало предъявляемым к ним требованиям.
Приведенные данные УкрНИМИ выполненного анализа обследований сопряжений вертикальных шахтных стволов Донбасса подтверждают высокую долю (26 %) нарушений в зоне I, при этом обследования не велись на участках высотой более 20 м над сопряжением, что несколько искажает истинную картину.
Нарушения крепи вертикальных стволов в районе сопряжений приводят к ее вывалам, изменению геометрии контура ствола, отклонению от проектного положения ярусов армировки, смещению проводников, что в свою очередь нарушает ритмичность работы подъема, а в некоторых случаях приводят к полному выходу его из строя.
Причины нарушения крепи и армировки стволов в районе сопряжений подтверждают равную значимость для устойчивости сопряжения как очистных близлежащих выработок, так и конструкций и технологии возведения крепи.
Таким образом, результаты анализа состояния вертикальных стволов шахт Донбасса достаточно достоверно позволяют сделать вывод о том, что применяемые конструкции крепи стволов и технологии ее возведения в районе сопряжений в большинстве случаев не соответствуют предъявляемым к ним требованиям.