Содержание

• Введение.
• 1. Актуальность темы
• 2. Состояние вопроса поддержания подготовительных выработак. Средства и способы их охраны.
• 3. Опыт применения жестких охранных сооружений для поддержания подготовительных выработак.
• 5. Вывод.
• Список литературы

Введение.

    Анализ современных тенденций подземной разработки угольных пластов Украины позволяет сделать вывод о том, что с увеличением глубины ведения горных работ всё большее распространение находят схемы отработки выемочных участков с поддержанием подготовительных выработок вслед за очистным забоем. Вместе с тем, это сопряжено с проблемой обеспечения их эксплуатационного состояния позади лавы в зонах влияния очистных работ и установившегося горного давления, а также необходимостью разработки эффективных способов и средств охраны выемочных выработок, в частности способов охраны с использованием рядовой породы и ограничивающих поверхностей.

1. Актуальность темы.

    Применение способов охраны с использованием рядовой породы и ограничивающих поверхностей позволяет существенно уменьшить трудовые затраты за счет уменьшения объемов закладываемой породы при одновременном уменьшении затрат на поддержание выработок вследствие увеличения несущей способности возводимых конструкций.

    При детальном изучении современных средств охраны можно прийти к выводу, что охранное сооружение, не зависимо от степени его податливости, со временем начинает работать как штамп, в том числе и способов охраны с использованием рядовой породы и ограничивающих поверхностей. Данное обстоятельство требует разработки мероприятий по нейтрализации данного эффекта в отношении устойчивости выемочной выработки, а именно определения параметров охранного сооружения, при которых силы, возникающие от действия нагрузки на охранное сооружение, не будут направлены в сторону выработки.

2. Состояние вопроса поддержания подготовительных выработак. Средства и способы их охраны.

    Дальнейшая разработка угольных месторождений обуславливает переход горных работ на большие глубины, а это, в свою очередь, ведет к ухудшению устойчивости подготовительных выработок.

    В связи с увеличением глубины разработки шахты стали переходить со столбовой на комбинированную систему разработки с проведением конвейерного ходка (штрека) вслед за очистным забоем. Основная причина такой тенденции – ухудшение состояния подготовительных и высокая трудоемкость их поддержания в массиве.

    Согласно исследованиям в районах Донбасса [1,2] существуют некие зависимости между устойчивостью подготовительных выработок и рядом важных факторов, основным из которых является уровень напряженности боковых пород. Поэтому разработка новых технологических решений по охране и поддержанию подготовительных выработок в первую очередь должна быть направлена на нейтрализацию этого основного фактора, т.е. на уменьшение концентрации напряжений в окружающих выработку породах.

    По признаку расположения способы охраны выемочных выработок подразделяются на способы проведения выработок:

    ̶   по пласту угля с нижней, верхней или нижней и верхней подрывкой;

    ̶   по породам на некотором расстоянии от залежи полезного ископаемого (полевые выработки);

    ̶   в зонах пониженных напряжений (в подработанной или надработанной толще; по обрушенным и уплотненным породам; вблизи к выработанному пространству или вприсечку к нему).

    Полевые выработки проводятся по устойчивым породам в почве пласта с целью улучшения условий эксплуатации. Соединяются они с пластовыми выработками или с очистными гезенками, скатами, квершлагами. Применять полевую подготовку стоит при слабоустойчивых вмещающих пласт породах и при значительном сроке эксплуатации [3].

    М.П. Зборщиком [4, 5] был предложен к применению способ охраны выработок, основанный на проведении их по обрушенным породам кровли. Опыт применения способа указывает о его эффективности лишь при сплошной системе разработки.

    В большинстве случаев при существующих способах поддержания выработок сохранить их в рабочем состоянии не удается, и для обслуживания следующего столба проводятся новые – вприсечку к старым [6]. Проведение выработок вприсечку к выработанному пространству [7-9] является перспективным способом. При такой технологии выработка проводится в заранее ослабленном массиве в условиях обрушения консолей пород непосредственной и основной кровли. Основными причинами, сдерживающими применение этого способа, являются: необходимость изменения порядка подготовки выемочных полей и трудности реализации при сложной гипсометрии пласта, а также малая эффективность при применении в трудных горно-геологических условиях.

    Проведение пластовых выработок является наиболее распространенным по сравнению с другими способами. Расположение выработки относительно угольного пласта принимается в зависимости от физико-механических свойств вмещающих пород и типа применяемой крепи. Выработки, примыкающие к очистному забою, целесообразно проводить с подрывкой пород почвы пласта, не нарушая целостности пород кровли. При малой мощности пучащих пород (до 2м) выработку рекомендуется проводить с нижней подрывкой, с полной выемкой пучащего слоя [10]. При применении арочной крепи допускается подрывка пород кровли на величину 0,5-1,0 м. Большая подрывка возможна при крепких породах кровли.

    Жесткие охранные сооружения повсеместно применяются в условиях шахт Донбасса и, часто, показывают свою эффективность. Поэтому, прежде чем рассматривать мероприятия по расширению области применения этих способов охраны стоит изучить опыт их применения.

    На шахтах Донбасса пологие пласты средней мощности обычно разрабатывают столбовыми системами с погашением штреков вслед за подниманием очистных забоев. При этом применяется возвратноточная схема проветривания. Обратный порядок отработки в пределах этажа или яруса обусловлен в основном трудностями поддержании штреков позади очистного забоя. Такое традиционное ведение горных работ часто не позволяет достичь высокой нагрузки на лаву из-за ограничений по фактору проветривания. Поэтому вынуждены применять прямоточное проветривание выемочных участков. Проблема поддержания и сохранения устойчивости выработок позади очистного забоя актуальна не только с позиций возможности их повторного использования, но и для обеспечения прямоточного проветривания.

3. Опыт применения жестких охранных сооружений для поддержания подготовительных выработак.

    Анализируя способы охраны выработок жесткими элементами, стоит отметить, что они применяются достаточно часто, но в силу того, что жесткие элементы в них работают как штамп, то наблюдается вдавливание последних в подстилающие породы и, как следствие, выдавливание пород почвы в полость выработки и интенсивные деформации пород кровли.

    Для обеспечения устойчивости жестких конструкций на слабых подстилающих породах необходимо предусматривать изменение их конструкции, при которой обеспечивалась бы совместная работа опоры и подстилающих пород в формировании грузонесущей конструкции для создания устойчивого основания способного противостоять весу нависающих пород и обеспечить эксплуатационное состояние выработки.

    Для формирования технологий за основу, возможно, принять некоторые подходы, принятые в механике грунтов, по обеспечению устойчивости оснований и фундаментов на слабых грунтах.

    Под воздействием сил, прикладываемых к жесткому штампу, под последним возникают напряжения, которые увеличиваются с увеличением величины пригрузки (рис. 3.1).

Рисунок 3.1– Схема изменения эпюры напряжений в подстилающих грунтах от действия жесткого штампа

    Под большими напряжениями возникают пластические деформации (происходит перераспределение напряжений) так как материал в этом месте будет обладать большей податливостью. Эпюра напряжений под штампом начнет изменяться (почти до треугольной эпюры).

    Зоны пластических деформаций возникают в крайних точках нагрузки (рис. 3.2). Затем увеличиваем нагрузку Р, оставляя q–const,–зоны пластических деформаций  будут развиваться.

Рисунок 3.2– Схема по образованию зоны пластических деформаций.

    Возникает момент, когда при дальнейшем нагружении зоны пластических деформаций сольются в одной точке. При этом напряженном состоянии грунта преобладают боковые смещения частиц и формируются непрерывные поверхности скольжения, в результате толща грунта теряет устойчивость.

    Чтобы этого не произошло, как вариант, необходимо изменить параметры штампа. И самое простое – увеличить его ширину или глубину заложения.

    При увеличении ширины штампа, увеличивается площадь приложения пригрузки, а, соответственно, уменьшается давление на грунт. При увеличении заложения несущая способность грунта увеличивается, причем характер деформирования поверхности грунта будет различен (рис. 2.3).

    а) Фундаменты мелкого заложения

    б) Фундаменты средней глубины заложения.

    в) Фундамент глубокого заложения

    Рисунок 3.3 – Схемы воздействия штампа на подстилающие грунты при различной величине его заложения (а, б, в)

    Что касается увеличения ширины охранного сооружения, то это достаточно распространенное мероприятие, но ограничивающееся стоимостью реализации. Глубина же заложения до сих пор в горной науке не рассматривалась и, возможно, в определенных случаях, несмотря, может быть с первого взгляда, на свою нетехнологичность, будет достаточно эффективна с точки зрения устойчивости охранного сооружения и подстилающих пород и экономически выгодна.

    Поэтому в данной работе предлагаем рассмотреть возможность и целесообразность заложения жесткого охранного сооружения относительно поверхности подстилающих пород.

Вывод.

    На основании проведенного анализа сформулированы задачи дальнейших исследований.

    На основании представлений о выдавливании подстилающих охранные сооружения пород из-под штампа была предложена технология охраны горных выработок на основе применения жестких охранных сооружений для условий слабых пород почвы, которая основывается на заложении этого сооружения относительно поверхности подстилающих пород почвы, что позволяет обеспечить их устойчивость

.

Список литературы

    1. Морозов И.Т., Пономаренко П.И. Перспективы применения сплошной системы разработки в Донбассе // Уголь Украины. – 1997.– №12. – С. 8-10.

    2. Тупиков Б.Т., Андриенко В.М. Оценка технологии поддержания участковых выработок, проводимых вслед за очистным забоем // Уголь Украины. – 1997.– №12. – С.10-13.

    3. Дорохов Д.В. и др. Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых. – ДонГТУ. – Донецк – 1997.– 368с.

    4. Баймухаметов С.К., Есмагамбетов Х.Б., Спроге А.О. Совершенствование способа поддержания выемочных выработок за лавой при бесцеликовой технологии отработки пластов в Карагандинском бассейне // Уголь. – 1989. – №12. – С. 14-15.

    5. Терентьев Б.Д., Кушнаренко Г.Л., Хамин И.А. Опыт сохранения выемочных штреков для повторного их использования // Уголь. – 1991. – №9. – С. 3-6.

    6. Фомин Е.В., Шапошников В.И., Цыплаков Б.В. Исследования проявлений горного давления при сохранении выработки для повторного использования // Уголь. – 1993. – №11. – С. 19-22.

    7. Егоров А.П., Середенко М.И., Жаров А.И. Управление горным давлением в сохраняемых для повторного использования выработках // Уголь. – 1993. – №10. – С. 11-14.

    8. Кириенко М.И. Повторное использование выемочных штреков // Уголь Украины. – 1980. – №2. – С. 13.

    9. Горное дело: Терминологический словарь / Г.Д. Лидин, Л.Д. Воронина, Д.Р. Каплунов и др. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1990. – 694 с.

    10. Зборщик М.П. Охрана и расположение выработок в обрушенных породах // Разработка месторождений полезных ископаемых. - Вып. 45. - К.: Техніка. – 1976. - С. 3-11.