УДК 622.224:621.928.9

Пучение пород почвы в выработках Донецкого бассейна в 70% случаев является причиной их неудовлетворительного состояния. Более половины объема ежегодного ремонта выработок приходится на ликвидацию последствий пучения почвы. На шахтах Западного Донбасса в 1986 г. из 803 км поддерживаемых выработок отремонтировано 250 км (5,1% по Донбассу), что потребовало более 7 млн. руб. Это показывает, что технические решения по поддержанию выработок, принятые по опыту глубин до 300 м, не соответствуют горно-геологическим условиям Самарской свиты пластов, впервые разрабатываемой в районе и отличающейся незначительной прочностью слабо метаморфизированных пород, их интенсивной тектонической нарушенностью и большими водопритоками в выработки. Обследованием выработок установлено, что обжатие крепи породами происходит преимущественно у забоя. На 92% протяженности поддерживаемых выработок наблюдается пучение почвы, достигающее в сложных горно-геологических условиях более 1 м через год после проведения, что составляет до 80% вертикальной конвергенции пород. Подрывка почвы

способствует деформированию постоянной крепи крепь с обратным сводом не обеспечивает безремонтного поддержания выработок. Таким образом, пучение почвы — преимущественное проявление горного давления в выработках Западного Донбасса. С учётом того что за 1980—Г986 гг. прирост протяженности выработок с неудовлетворительным cocтоянием крепи на шахтах им. Героев космоса и им. Ленинского комсомола Украины равен 60% от г роста по объединению Павлоградуголь, эти шахты приняты в качестве базовых для исследований. В результате технико-экономического анализа поддержания выработок установлено, что 94% объема ремонтных работ приходится на подготовительные работки, а годовая стоимость поддержания 1 м магистральных штреков достигает 160—200 р. Об шахтные потери от пучения составляют 1,5 млн. в год. Применяемые средства крепления и способы охраны недостаточно эффективны и требуют ycвершенствования главным образом для магистральных штреков.

В Западном Донбассе совершенствование cpeдств крепления капитальных выработок и выемочных штреков в условиях затухающего пучения почвы позволило улучшить их состояние. Применение одного из известных способов для магистральных выработок не обеспечивает их удовлетворительного состояния. Наиболее перспективны комбинирован способы, направленные на изменение напряженно деформированного состояния пород. На шахтах Западного Донбасса удельный вес горизонтальных выработок составляет 97%, из них 1 имеет срок службы более 10 лет, 91% —арочное

сечение, 92%—площадь сечения 9,2—15,5 м², 92%— крепь типа КМП. В качестве объекта исследований приняты магистральные штреки, причем комплексный метод исследований предусматривал натурные наблюдения, лабораторные испытания и аналитические исследования. Были установлены закономерности пучения почвы, определено исходное напряженное состояние массива, исследован механизм пучения пород, проведены промышленные испытания способов борьбы с пучением почвы. Инструментальные наблюдения выполнены на 3 шахтах в 7 выработках на 7 глубинных и 21 контурной станции в течение трех лет. Механизм пучения представляется как хрупкое разрушение предельно напряженных пород в боках на блоки различной формы, внедрение их в подстилающие породы почвы, послойный их сдвиг со складкообразованием и торошением, вытеснение разрушенных пород в полость выработки. При влиянии очистных работ основным проводником повышенных напряжений в массиве, сложенном слабыми породами, является более прочный угольный пласт. В этих условиях пучение частично определяет устойчивость выработки. Лабораторными испытаниями установлено, что с увеличением глубины залегания прочность пород растет незначительно. Не компенсируемый прирост гравитационных напряжений обусловливает предельное напряженное состояние массива на достигнутых глубинах разработки (300—500 м), что является основной причиной интенсивного разрушения пород в боках выработки. Увеличение количества раскрываемых плоскостей ослабления в строении пород при воздействии предельных напряжений горного давления вокруг выработок приводит к повышению скоростей смещений породного контура. , Наличие плоскостей ослабления (до 20 на 1,м) обусловливает снижение прочности Re пород при сжатии в 2—2,5 раза, величина сцепления по этим плоскостям изменяется от 0 до 0,4 МПа. Стабилометрическими испытаниями выявлено, что породы разрушаются при концентрации напряжений 1,7 уН в боках и 1,4уН в почве. Различная форма блоков в боках объясняется условиями деформирования пород, в основном в приконтурном массиве, где определяется скоростью расслоения пород кровли, и величиной бокового подпора.

При небольшой интенсивности пучения почвы предложено использовать способ локальной разгрузки пород камуфлетным взрыванием. Способ испытан на шахте им. XXVI съезда КПСС [I]. Скорость пучения снизилась не менее чем в 2 раза. Межремонтного период 4 года. Экономия на,1 м длины выработки 9,8 р. в год. Для условий пучения почвы разработана технология упрочения пород с использованием давления взрывных газов для нагнетания раствора. Испытания способа совместного упрочнения почвы и боков проведены на шахте им. Ленинского комсомола Украины [2]. Пучение снизилось в 3,5— 4,7 раз, паспортное состояние сохраняется около 2,5 лет. Экономия 30—70 р на 1 м в год. При поддержании выработки в зоне влияния очистных работ на шахте им. Героев космоса проверен способ компенсации этого влияния путем проведения разгрузочной выработки [3]. Скорость пучения почвы сохранялась на уровне установившейся вне зоны влияния лавы. Этот эффект проявляется при пересечении разгрузочной выработкой слоев прочных пород (в данном случае более прочного, чем породы, угольного пласта). Экономия на 1 м составила 30 р./м в год. Указанные способы рекомендованы к внедрению. Экономический эффект от внедрения способов борьбы с пучением почвы на трех шахтах объединения Павлоградуголь в 1988 г. превысил 30 тыс. руб., а ожидаемый эффект— 1 млн. руб. в год. При обобщении результатов испытаний разработана методика выбора способов борьбы с пучением почвы в магистральных выработках шахт Западного Донбасса. Основные положения по выбору способов приведены в таблице, где предусматривается совместное применение способов. Методика принята к использованию в Днепрогипрошахте.

1. Пирский А. А., Стовпник С. Н„ Шпигель А. В. Разгрузка камуфлетными взрываниями слабых пород Западного Донбасса // Разраб. месторождений полез, ископаемых: Респ. межвед. науч.-техн. сб.— 1989.—Вып. 68.—С. 4.

2. Пирский А. А., Стовпник С. Н. Опытно-промышленные испытания способа упрочнения пород для борьбы с пучением почвы // Уголь Украины.— 1990.—№ 4—С. 9—11.

3. Использование разгрузочных выработок для снижения пучения почвы в магистральных выработках шахт Западного Донбасса / А. А. Пирский, М. Т. Кириченко, С. Н. Стовпник, А. В. Ищенко // Веста. Киев. политехн. ин-та. Горн. электромеханика и г n -ом -и вка.— 1989.— Вып. 20.—С. 49—51.

© Пирский А. А., Стовппик С. П., Шмиголь А. В., 1990