УДК 622.831

Нефедов В.Е. (Студент ДонНТУ, г. Донецк)

При залегании в почве пласта прочных пород происходит их хрупкое разрушение с образованием шатровых или клиновидных складок с разломом в верхней части.

Однако применяемые технологические решения по предотвращению пучения пород почвы в условиях глубоких шахт не универсальны и не позволяют обеспечить безремонтный режим эксплуатации подготовительных выработок.

Способы предотвращения пучения в подготовительных выработках делятся на две группы.

К первой группе относятся способы, направленные на активное противодействие вредным проявлениям горного давления:

- способ расположения выработки в предварительно разгруженной части горного массива;

- создание зоны неупругих деформаций боковых пород вокруг выработки;

- применение локального взрыво-щелевого способа разгрузки почвы;

- охрана выработки бутовыми полосами;

- способ разгрузки почвы пластовых выработок скважинами;

- способ предварительной активной разгрузки почвы за счет взрывания камуфлетных зарядов по ее периметру и последующим созданием мощного монолитного свода посредством цементации разрыхленных пород;

- проведение разгрузочной щели в почве выработки и другие.

Ко второй группе относятся способы пассивного противодействия горному давления в подготовительной выработке или на ее контуре:

- анкерование почвы;

- применение податливых и жестких кольцевых крепей;

- применение временных усиливающих крепей в зоне повышения опорного горного давления перед лавой и за очистным забоем;

- применение по почве составных лежней из спецпрофиля.

Применение упомянутых способов в определенных горно-геологических и горнотехнических условиях является эффективным. Но недостатками их является опять таки ограниченность в применении, увеличение трудоемкости осуществления способов, загроможденность выемочных выработок, значительные материальные затраты.

Таким образом, необходимость разработки новых эффективных способов предотвращения пучения пород почвы выемочных выработок в зоне влияния очистных работ является очевидной.

Сущность способа заключается в создании поперечной гибкой связи между ножками крепи выемочной выработки. Для этого на первом и втором экспериментальных участках в качестве гибкой связи по почве выработки укладывались металлические канаты (по 14 на каждом участке) с расстоянием между ними равным шагу установки крепи – 0,8 м. Гибкая связь представляла собой 3 переплетенных пряди каната главного подъема общим диаметром 45 мм и длиной по 13 м. Со стороны противоположной очистному забою канат 1

огибал ножку крепи и оба его конца крепились у второй ножки при помощи планок 2 и четырех шпилек с гайками 4. Для предотвращения проскальзывания канатов вдоль ножек крепи на их сопряжении устанавливались хомуты 5.

Натяжение канатов производилось ручной талью.

Для оценки возможности силового противодействия выдавливанию почвы выемочной выработки производился учет влияния пассивной рассредоточенной нагрузки на почву от веса энергопоезда, находившегося на первом контрольном участке. Энергопоезд суммарным весом более 20,0 т располагался на участке выработки длиной около 20 м и оказывал распределенное давление на почву через шпалы рельсового пути. Величина этого давления составляла 26,2 кПа.

Измерения смещений контура пород были начаты, когда расстояние от первой замерной станции до лавы составляло 171 м и закончены после проходы очистного забоя на 41 м за последнюю станцию 2-го экспериментального участка. За этот период было выполнено 303 замера.

Измерения по контурным станциям проводились рулеткой конструкции ВНИМИ с периодичностью: 1 раз в 15 дней при расстоянии от лавы более 100 м; 1 раз в неделю - при 30-100 м; 2 раза в неделю на участке +/- 30 мот лавы. Для контроля замеров один раз в неделю производилось нивелирование реперов кровли и почвы в направлении сверху вниз от устья выработки.

Результаты проведенных инструментальных наблюдений представлены в табл. 1.

На контрольном участке были отмечены интенсивные смещения контура пород в 25 м перед очистным забоем. К этому времени конвергенция пород кровли и почвы составила 176 мм от первого замера и 1055 мм с момента проведения выработки, а скорость конвергенции достигла 8,4 мм/сут. Далее смещения продолжали расти и в 15 м перед лавой они достигли 257 мм при скорости 11 мм/сут. На участке сопряжения с очистным забоем смещения пород кровли и почвы составили 670 мм, а скорость – 68 мм/сут. Доля пучения почвы в

общей конвергенции составила в среднем 56% (от 34 до 79%). На удалении 20 м за лавой смещения почвы составили 1500 мм, а скорость смещений – 115 мм/сут.

На первом и втором экспериментальных участках при расстоянии 200 – 50 м от лавы значения смещений почвы заметно не отличались от смещений на контрольном участке. Однако затем, в зависимости от применяемых на экспериментальных участках мероприятий, поднятие пород почвы протекало не одинаково.

На втором экспериментальном участке, где были установлены только металлические канаты, интенсивное поднятие почвы было отмечено в 41 м от лавы и смещения составили 21 мм. На расстоянии 21 м от лавы величина пучения возросла до 115 мм, а на сопряжении с лавой она достигла 325 мм, скорость смещений составила соответственно 7 и 28 мм/сут. На расстоянии 20 м за лавой смещения почвы также, как и на первом экспериментальном участке, величина смещений возросла и составила 690 мм, а скорость смещений увеличилась до 37 мм/сут.

В результате проведенной опытно-промышленной проверки нового способа снижения пучения почвы выемочной выработки в зоне влияния очистного забоя была установлена принципиальная возможность применения механического предотвращения ее выдавливания посредством применения гибкой поперечной связи ножек арочной крепи спаренными канатами.

Таким образом, можно сделать выводы о том, что применение механического способа противодействия выдавливанию пород почвы позволяет снизить величину пучения пород почвы на сопряжении выработки с лавой. При этом участок выработки с наибольшими параметрами пучения почвы перемещается за сопряжение лавы на 6 – 10 м. Применение рассредоточенной силовой нагрузки на породы почвы снижает величину пучения, а при его отсутствии оно возрастает.

Однако в проведенных исследованиях не рассмотрено такое негативное явление как прокалывание ножками крепи слабых пород почвы. Как показывает опыт эксплуатации выемочных выработок глубоких шахт, потери живого сечения выемочных выработок в результате прокалывания почвы ножками крепи достигает 20-40% общих вертикальных смещений контура выработки.

1. Роенко А.Н. Новый подход к исследованию явления пучения пород для обоснования мер борьбы с ним // Уголь Украины. – 1997. №2-3.- С. 20-22.

3. Литвинский Г.Г. Механизм пучения пород почвы подготовительных выработок // Уголь. – 1987. №2.- С. 15-17.