ШАХТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЭФФЕКТА ЛОКАЛЬНОЙ РАЗГРУЗКИ ПОРОДНОГО МАССИВА

Ю.А.Петренко, А.В.Захаренко, С.В.Захаренко (ДонГТУ, г. Донецк, Украина).

Выполненные в ДонГТУ лабораторные и аналитические исследования [1, 2] позволили расширить представление о механизме влияния способа взрыво-щелевой разгрузки (ВЩР) на выдавливание пород почвы в поддерживаемых выработках, заключающемся в увеличении области (зоны) складкообразования и наличие внутри ее отпора складкообразованию, а также ограничении эффекта разгрузки во времени до 12-14 месяцев.

Обработка результатов этих исследований позволила разработать методику расчета времени действия локальной взрыво-щелевой разгрузки и установить эмпирическую зависимость для определения величины критических смещений контура, после реализации которых эффект разгрузки исчезает и необходимо применение дополнительных мероприятий направленных на сохранение устойчивости выработки.

Для проверки полученных результатов были проведены исследования в условиях шахты “Трудовская” Государственной холдинговой компании “Донуголь”. Данная шахта была выбрана из следующих соображений: горно-геологические условия отработки пластов являются наиболее типичными для центрального Донбасса (вмещающие породы представлены глинистыми сланцами, песчаными сланцами и песчаниками с прочностью на одноосное сжатие в образце от 20 до 60 МПа); глубина ведения горных работ изменяется от 550 до 1200м; обследование состояния горных выработок на шахте показало, что при общей их протяженности 63,7 км объем деформированных в среднем составляет 22,8%, т.е. один из наиболее высоких показателей для шахт расположенных в данном регионе. В 77,2% случаев деформации выработок связаны с пучением пород почвы.

Шахтные исследования включали в себя измерение смещений на контуре выработки и в глубине массива, а также контроль за процессом трещинообразования.

Для оценки полученных результатов и их сравнения наблюдения проводились: на участке, поддерживаемом только крепью без дополнительных мероприятий (контрольный участок); на участке в выработке, где осуществлялась взрыво-щелевая разгрузка пород почвы при проходке выработки; на участке в выработке, где осуществлялась взрыво-щелевая разгрузка пород почвы при проходке выработки (первый этап поддержания) и в последствии применялись компенсационные щели (второй этап поддержания).

Контрольный и экспериментальные участки были оборудованы при проведении конвейерного штрека 12-й западной лавы пл.l4, погашаемого вслед за лавой, между пикетами N12-25.

Для первого экспериментального участка были определены следующие параметры ВЩР: длина разгрузочных шпуров - 2 метра, угол наклона шпуров к горизонту со стороны большей подрывки составлял 30 градусов, с противоположной стороны 50-60 градусов, расстояние между шпурами 0.5 метра, масса заряда ВВ в разгрузочных шпурах - 600 грамм, тип ВВ – аммонит Т-19. Протяженность участка с ВЩР составила 30 метров.

Экспериментом также предусматривалось провести исследование эффективности дополнительных мероприятий на 2-ом этапе поддержания выработки. С этой целью, начиная с пикета N22 (2-й экспериментальный участок) выработка также проходилась с ВЩР на участке протяженностью 30 метров. После реализации критических смещений, т.е. окончания эффекта локальной разгрузки, проводились дополнительные мероприятия по дальнейшему обеспечению устойчивости пород почвы, в качестве которых применялись компенсационные щели. Для образования щелей в почву выработки бурились два ряда шпуров глубиной 2.0 метра, расстояние между шпурами - 1.0 метр, величина заряда ВВ в шпурах - 600 грамм, тип ВВ – аммонит Т-19.

На протяжении всех участков выработка имела следующие горно-геологические и горнотехнические характеристики. Мощность пласта - 1.6 метра. Строение пласта - простое. В кровле выработки залегал песчаник мощностью 6 м с прочностью на одноосное сжатие 42 МПа, в почве глинистый сланец мощностью 8 м с прочностью на одноосное сжатие 30 МПа. Крепь выработки металлическая арочная податливая типа АП-5/S=14.2. Шаг установки рам - 0.5 метра. Затяжка железобетонная. Глубина заложения выработки - 845 метров. Угол падения пород - 11 градусов. Выработка пройдена комбайновым способом. Темпы проведения составили 150 м/мес. Время поддержания до влияния очистных работ 22 месяца.

Результаты наблюдений на замерных станциях представлены на рисунках 1, 2.

Как видно из приведенных данных на контрольном участке смещения пород почвы к концу второго месяца наблюдений достигли величины 500 мм, после чего была произведена подрывка. Дальнейшие наблюдения на на этом участке показали, что интенсивность пучения несколько снизилась. Однако к восьмому месяцу наблюдений смещения почвы вновь достигли величины 800 мм и производились работы по подрывке пород почвы. Далее выработка до подхода лавы эксплуатировалась без ремонта.

Рисунок 1 – Графики смещения контурных реперов на контрольном участке в кровле (1), боках (2) и почве (3) выработки

Рисунок 2 – Графики смещения контурных реперов на первом экспериментальном участке в кровле (1), боках (2), почве (3) и в почве (4) на втором экспериментальном участке выработки

Анализ результатов наблюдений за смещениями пород контура выработки на первом экспериментальном участке показывает, что в течение первых шести месяцев наблюдений, смещения пород почвы не превысили величины 200 мм. При этом разрушение пород на контуре выработки протекает с небольшой интенсивностью. К концу 6-го месяца наблюдений началось интенсивное разрушение пород почвы выработки; величина смещений достигла 240 мм. Величина смещений в кровле при этом составила 760 мм.

На контрольном участке смещения кровли за такой же период наблюдений составили 710 мм, а почвы (после первой подрывки) 420 мм.

Выполненные на основании результатов аналитических и лабораторных исследований расчеты показывают, что для данных горно-геологических и горнотехнических условий величина критических смещений пород кровли, при которой начинает наблюдаться окончание действия эффекта ВЩР, составляет 700 мм. Эти смещения должны реализоваться через восемь месяцев после проведения выработки.

Для проверки данного положения наблюдения на первом экспериментальном были продолжены далее. В результате чего было установлено, что в период с 6-го по 12-й месяц наблюдений смещения пород почвы выросли с 200 мм до 520 мм. После чего была произведена подрывка и выработка до подхода лавы поддерживалась без ремонтных работ.

На втором экспериментальном участке после окончания эффекта ВЩР (на седьмом месяце наблюдений) была реализована охрана выработки компенсационными полостями, позволяющая продлить эффект компенсации боковых смещений. Как видно из результатов наблюдений на данном экспериментальном участке применение мероприятий второго этапа поддержания выработки позволило не производить подрывку пород почвы до подхода лавы. Также следует отметить, что отсутствие подрывок пород почвы на втором экспериментальном участке привело к снижению смещений пород кровли по сравнению с контрольным участком, несмотря на то, что ВЩР увеличивает их смещения на 10-15%.

Аналогичные исследования проводились при сооружении конвейерного штрека 24-й западной лавы пл.m3

Экономический эффект от внедрения результатов испытаний в пределах экспериментальных участков составил по 12-му западному конвейерному штреку пл.l4 – 351,03 грн/м., по 24-му западному конвейерному штреку пл.m3– 155,52 грн/м.

Проведенные исследования позволили сделать следующие выводы:

1. Подрывка пород почвы не снижает пучение, а лишь несколько уменьшает его интенсивность. При этом увеличиваются смещения пород со стороны кровли, что объясняется влиянием подрывки на естественный процесс установления равновесия системы «вмещающий массив – горная выработка».

2. Применение взрыво-щелевой разгрузки позволяет уменьшить смещения пород почвы в 2-3 раза. Однако продолжительность эффекта разгрузки имеет ограничение во времени, что не всегда позволяет обеспечить безремонтное поддержание выработки в течение всего срока ее службы.

3. Установленные на основании лабораторных и аналитических исследований закономерности изменения напряженно-деформированного состояния пород в зоне разгрузки во времени позволяют прогнозировать момент окончания эффекта локальной разгрузки.

4. Для обеспечения устойчивости выработки в течение всего срока ее службы необходимо после окончания эффекта локальной разгрузки вновь применять дополнительные охранные мероприятия.

Библиографический список

1. Петренко Ю.А., Новиков А.О., Захаренко А.В. Обоснование своевременности применения способов охраны при поэтапном поддержании горных выработок // Известия Донецкого горного института. - 1998 - №1. - С. 90-94.

2. 2. Петренко Ю.А., Захаренко А.В., Захаренко С.В. Исследование механизма затухания эффекта локальной разгрузки пород почвы // Известия Донецкого горного институ-та. - 1999 - №2. - С. 90-94.