Авторы: И.И. Мартыненко, Ж.А. Минакова, И.А. Голубева, И.Н. Шиповская
Опыт работы шахт Восточного Донбасса свидетельствует о том, что для обеспечения нормального эксплуатационного состояния горных выработок, поддерживаемых в сложных горно-геологических условиях для повторного использования, необходимо применять специальные меры по повышению их устойчивости. Одним из таких мероприятий является тампонаж закрепного пространства твердеющим раствором. При данном способе образуется крепь, состоящая из металлических рам, омоноличенных железобетонных затяжек, тампонажного слоя и упрочненных тампонажным раствором приконтурных пород. Несущая способность конструкции составляет 2,5 – 3,0 МН, что в 10 раз превышает несущую способность арочной крепи [1]. Другим способом повышения устойчивости горных выработок, широко применяемым на шахтах региона, является анкерование приконтурного массива пород. Однако в ряде случаев этот вид упрочнения не дает достаточного эффекта повышения устойчивости выработок (например, при данном виде упрочнения, завалы при проведении штреков № 406 ш. Юбилейная
, № 1015 ш. Майская
и др.).
Для оценки степени влияния тампонажа закрепного пространства, выполненного как самостоятельно, так и в сочетании с анкерным укреплением пород кровли, на устойчивость горной выработки при бесцеликовой выемке на шахте им. Октябрьской революции были проведены экспериментальные работы.
В штреке № 120 были подготовлены 3 опытных участка протяженностью по 25 м каждый. Штрек проходился по пласту kв5 мощностью 1,0 – 1,2 м с углом падения 8°, со смешанной подрывкой боковых пород, крепился металлический податливой арочной крепью АП – II,2. Шаг установки рам – 0,9 м.
Непосредственная кровля пласта представлена песчаными сланцами средней устойчивости с коэффициентом крепости f = 6, мощностью 5 – 6 м. Основная кровля – труднообрушающийся песчаник (f = 9), мощностью 5 м. Почва пласта – песчаный сланец (f = 5,0 – 6,0) мощностью – 7 м, не склонной кпучению. При первом использовании (в качестве транспортного) горная выработка охранялась бутовой полосой шириной 6 м и кострами из накатника.
Заполнение закрепного пространства производилось цементнопесчаным раствором состава 1:3:2 (Ц:П:В) на опытных участках № 1 и № 2 – только над верхняками крепи, то есть сводовой части выработки, а на участке № 3 – полное с оставлением доступа к пласту с верхней стороны.
В качестве тампонажного оборудования применялись растворонасос СО – 49 и смеситель индивидуального изготовления вместимостью 0,3 м3 . Оборудование размещалось на почве выработки в нише. Работы по подготовке тампонажных участков и загрузке смесителя производились вручную.
На опытных и одном контрольном (базовом) участках в их средней части были оборудованы замерные станции в двух сечениях на расстоянии 5 м (4,6 – 5,3 м) друг от друга. На каждой замерной станции в одном сечении закладывались две пары (кровля – почва, бок – бок) контурных и 4 глубинных репера, в другом сечении – только две пары контурных реперов. Глубинные реперы устанавливались через 1,0 м в шпуре, пробуренном на глубину 4,0 м в кровлю выработки. До установки глубинных реперов шпуры использовались для оценки трещиноватости пород с помощью оптического прибора РВП – 451. Контроль качества тампонажных работ осуществлялся по выбуренным кернам затампонированного массива.
Относительные деформации пород между реперами в шпуре измерялись штангенциркулем с точностью до +/-0,1 мм, а смещения между парами противоположных контурных реперов – рулеткой ВНИМИ с точностью до +/-1 мм.
Все визуальные наблюдения и измерения проводились с частотой, соответствующей интенсивности проявлений горного давления, т.е. с увеличением частоты измерений от 1 – 2 раз в месяц вне зоны влияния очистных работ, до 8 – 10 раз в месяц в зоне влияния очистных работ. В это же время осуществлялся визуальный осмотр состояния крепи и учет всех видов деформаций на опытных и контрольных участках.
Исследования показали, что до начала влияния очистных работ смещений вмещающих выработку пород не наблюдалось. На контрольном участке рамы не были нагружены. По всей глубине четырехметрового шпура было 2 трещины, а их раскрытие не превышало 1,0 мм. На опытных участках в шпурах было зафиксировано по 3 трещины, а их раскрытие не более 1,5 мм.
Смещение пород кровли были зафиксированы при приближении очистного забоя к замерным станциям контрольного участка на расстоянии 21 м, опытных участков – на расстоянии 15 м.
По результатам наблюдений построен график смещений пород кровли горной выработки при первом использовании (рис. 1), получено уравнение зависимости смещений пород кровли от расстояния до лавы:
На рис. 2 представлен график смещений пород кровли при повторном использовании штрека № 121, уравнение зависимости которого имеет вид:
На контрольном участке смещения кровли на линии очистного забоя составили в среднем по двум замерным станциям 80 мм (100 %). Заполнение закрепного пространства в сочетании с анкерованием кровли снизило их на 40 %, без анкерования – на 36 % и 46 % (соответственно при заполнении над верхняком и со стороны нижнего бока).
На всех участках наибольшие приращения смещений наблюдались в интервале 0 – 20 м за лавой. Однако, на затампонированных участках без анкерования они были на 26 %, а с анкерованием – на 33 % меньше, чем на контрольном.
При удалении очистного забоя от замерных станций на расстояние более 60 м смещения пород стали затухать на всех участках. Так в интервале 80 – 100 м за лавой приращения смещений составили: на контрольном участке – 5 мм, на опытных участках № 1, 2, 3 – 5, 3 и 4 мм соответственно.
Смещения кровли на контрольном участке на расстоянии 100 м за лавой составили в среднем по двум замерным станциям 352 мм. Заполнение сводовой части закрепного пространства в сочетании с анкерованием кровли уменьшило их величину на 32 %, без анкерования – на 25 %; полное заполнение – на 32 %.
В зоне интенсивных смещений наблюдались деформации крепи: изгиб, скручивание верхняков, раскрытие корыта спецпрофиля, срывание гаек с хомутов, изгиб и разрыв межрамных распорок. Количество деформированных рам, подлежащих замене, составило 75 % на контрольном участке, 11 %, 7 %, 11 % – на опытных участках № 1, № 2, и № 3 соответственно.
Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы: