УДК 622

УДК 622.831.

О ПОВЫШЕНИИ УСТОЙЧИВОСТИ ПОРОД КРОВЛИ НА КОНЦЕВЫХ УЧАСТКАХ ЛАВ

Инж. В.С.Захаров ( шахта “Южнодонбасская № 3” ), канд. техн. наук Г.И.Соловьев, инженеры В.В.Лапоног, Я.А.Ляшок (ДонГТУ)

В настоящее время одной из главных проблем подземной угледобычи есть создание эффективных средств и способов противодействия возрастающим с глубиной вредным проявлениям горного давления в подземных выработках глубоких угольных шахт. В этой проблеме выделяется особо, если не сказать, что является центральной, необходимость повышения устойчивости боковых пород на концевых участках лав.

Под концевым участком лавы подразумеваются сопрягающиеся участки очистного забоя и подготовительных выработок, оказывающие взаимное влияние в технологическом и геомеханическом отношениях.

Как показывает опыт ведения очистных работ в сложных горно-геологических условиях глубоких шахт Донбасса, суммарная трудоемкость выемки угля и крепления концевых участков лав, а также возведения опорных конструкций и усиливающей крепи на сопряжениях подготовительных выработок с очистным забоем составляет около 50 – 60% общих трудозатрат.

Повышению устойчивости подготовительных выработок как при проведении, так и при поддержании их в зоне влияния очистных работ посвящено большое количество исследований. Для крепления и поддержания подготовительных выработок в условиях слабых боковых пород разработаны новые виды крепи и технологии их возведения [1, 2]. Поддержание подготовительных выработок глубоких шахт с применением бесцеликовых способов охраны рассмотрено в [3, 4, 5, 6]. Для повышения устойчивости интенсивно деформирующихся выработок их целесообразно располагать в обрушенных и уплотненных породах выработанного пространства [7] или в региональных зонах разгрузки [8]. Способы повышения устойчивости подготовительных выработок при разработке свиты пластов рассмотрены в [9]. Охрана и ремонт горных выработок представлены в [10, 11, 12]. Способы охраны подготовительных выработок, применяемые в угольных шахтах Германии, обобщены в [13], а особенности поддержания выемочных выработок на угольных шахтах Великобритании приведены в [14].

Повышению устойчивости пород кровли в очистных забоях уделялось достаточно большое внимание. Исследования отечественных специалистов [15, 16, 17, 18, 19], а также ученых из ближнего [20, 21, 22] и дальнего зарубежья [13, 14] посвящены в основном предотвращению вывалов и обрушений пород непосредственной кровли в призабойное пространство лав.

Однако наряду с детальной проработкой и определением основных параметров механизма деформирования боковых пород на контуре очистных и подготовительных выработок, используемых при разработке новых способов их крепления и охраны, в указанных публикациях в силу различных причин (основной из которых является значительная сложность данной проблемы) не рассматривается общая геомеханика деформирования горного массива на участке сопряжения лавы с выработкой. Среди имеющегося небольшого количества работ по вопросам повышения устойчивости пород на концевых участках лав следует отметить исследования [23, 24, 30] для условий шахт Кузбасса, [25] – для Карагандинского бассейна, [26–29] – для Донбасса. В большинстве публикаций, посвященных данной проблеме, решаются частные задачи по определению отдельных параметров ведения работ на сопряжениях лавы с выработками.

Таким образом, в связи с переходом горных работ на большие глубины проблема управления состоянием горного массива в районе концевых участков лав приобретает существенное значение. Для ее решения необходимо:

определить особенности механизма деформирования весьма трещиноватых боковых пород на контуре обнажений с учетом их взаимодействия с крепями лавы и подготовительных выработок, призабойным контуром угольного массива и опорными конструкциями на бровке забоя;
установить закономерности изменения напряженно-деформированного состояния горного массива по площади концевого участка лавы, учитывающие вариантность взаиморасположения очистного забоя и подготовительных выработок;
разработать аналитико-экспериментальный метод гармонизации реакций краевой части пласта и опорных конструкций в технологическом и выработанном пространствах для минимизации вредных проявлений горного давления путем корректировки и обеспечения рационального соотношения жесткости несущих конструкций и приконтурного угольного массива;
разработать экспериментально-аналитический метод расчета несущей способности опорных конструкций на концевых участках лав, отличающийся от известных учетом взаимовлияния очистного забоя и подготовительных выработок;
определить рациональные параметры опорных конструкций и технологии их возведения на концевых участках лав, обеспечивающих адаптацию этих параметров к изменяющимся горно-геологическим и горнотехническим условиям применения.
В свете перечисленных задач, с учетом значительных трудностей определения в натурных условиях параметров напряженно-деформированного состояния горных пород и прочностных характеристик крепи и опорных конструкций, наиболее целесообразным решением данной проблемы является математическое моделирование геомеханических процессов в окрестности концевых участков лав с применением методов конечных или граничных элементов. В ряде работ [6, 25, 31], посвященных данной проблеме, рассматривались частные задачи и не решалась комплексная геомеханическая задача изучения особенностей деформирования дискретного горного массива на участке сопряжений очистного забоя с выработками, учитывающая активное взаимодействие элементов системы горные породы - приконтурная часть угольного пласта – крепь – опорные конструкции сопряжений.

Решение задачи математического моделирования в общем виде будет заключаться в оптимизации количественных и качественных параметров способов повышения устойчивости боковых пород с целью минимизации вредных проявлений горного давления и обеспечения малоремонтной эксплуатации концевых участков лав.

Библиографический список

Заславский Ю.З., Дружко Е.Б. Новые виды крепи горных выработок.–М.: Недра, 1989.–256с.

Потапенко В.А., Казанский Ю.В. и др. Проведение и поддержание выработок в неустойчивых породах. –М.: Недра, 1990.–336с.

Худин Ю.Л., Устинов М.И. и др. Бесцеликовая отработка пластов. –М.: Недра, 1983.–280с.

Черняк И.Л., Бурчаков Ю.И. Управление горным давлением в подготовительных выработках глубоких шахт. –М.: Недра, 1984.–304с.

Куклин Б.К., Лепихов А.Г. и др. Совершенствование разработки угольных пластов на глубоких горизонтах. –К.: Технiка, 1984.–184с.

Черняк И.Л., Ярунин С.А. Управление состоянием массива горных пород. –М.: Недра, 1995.–395с.

Зборщик М.П. Охрана выработок глубоких шахт в выработанном пространстве. –К.: Технiка, 1978.–176с.

Зборщик М.П., Назимко В.В. Охрана выработок глубоких шахт в зонах разгрузки. –К.: Технiка, 1991.–248с.

Костоманов А.И., Сапицкий К.Ф. Устойчивость подготовительных выработок при разработке свиты пологих пластов. –М.: Недра, 1987.–119с.

Кошелев К.В., Томасов Ф.Г. Поддержание, ремонт и восстановление горных выработок. –М.: Недра, 1985.–215с.

Кошелев К.В., Томасов А.Г. и др. –К.: Технiка, 1986.–110с.

Кошелев К.В., Петренко Ю.А., Новиков А.О. Охрана и ремонт горных выработок. –М.: Недра, 1990.–218с.

Якоби О. Практика управления горным давлением. –М.: Недра, 1990.–566с.

Фармер Я. Выработки угольных шахт. –М.: Недра, 1990.–269с.

Давидянц В.Т. Совершенствование способов и средств управления кровлей на шахтах Донбасса. –М.: 1969.–278с.

Дубов Е.Д. О влиянии скорости подвигания очистного забоя на величину и характер движения кровли. Сб. ДонУГИ, №45. –М.:1969.– С.131–134.

Грядущий Ю.Б. Система геомеханической оценки вывалоустойчивости кровли в очистных забоях.– В кн. Геомеханическая оценка и обеспечение устойчивости кровель в очистных забоях. –Донецк: ЦБНТИ, 1997.– С.12–15.

Аносов О.С., Кузьменко Н.С. и др. Управление горным давлением при разработке угольных пластов. –Донецк: Донбасс, 1990.–303с.

Кияшко И.А. Процессы подземных горных работ. –К.: Вища школа, 1984.–225 с.

Борисов А.А. Механика горных пород и массивов. –М.: Недра, 1980.–360с.

Зубов В.П. Особенности управления горным давлением в лавах на больших глубинах разработки. –Л.: Изд–во Ленинградского университета, 1990.–224с.

Кравченко В.И. Безопасность при управлении горным давлением в лавах пологих пластов. –М.: Недра, 1975.–221с.

Широков А.П., Лидер В. А., Петров А.И. Крепление сопряжений лав. –М.: Недра, 1987.–192с.

Широков А.П., Писляков Б.Г. Расчет и выбор крепи сопряжений горных выработок. –М.: Недра, 1988.–214с.

Жданкин Н.А., Жданкин А.А. Геомеханика горных выработок. Сопряжение лава–штрек. –Новосибирск: Наука, 1990.–112с.

Сироткин Ю.С., Горохов К.И. Оценка напряженного состояния опорных контуров лав // Уголь. – 1986. – № 9.– С. 15–17.
Сохацкий В.П. Устойчивость пород кровли на концевых участках лав // Уголь Украины. – 1987.–№ 9.– С.10–11.
Борзых А.Ф., Данилов А.А., Тоцкий А.В. Расчет ожидаемых нагрузок на опоры из железобетонных блоков для охраны подготовительных выработок // Уголь. – 1988. – № 9.– С. 11–14.
Борзых А.Ф. Расчет пригрузки на опорные элементы выемочной выработки при периодических обрушениях кровли в лаве // Уголь Украины.–1990. № 6.– С. 15–17.
Ануфриев В.Е., Ремезов А.В., Тризно С.К., Дубровский В.И. Проявление горного давления в окрестности охраняемой для повторного использования выработки в зависимости от свойств опор и технологии их применения // Уголь.–1992.–№ 9.– С.20–23.
Докукин А.В., Чирков С.Е., Норель Б.К. Моделирование предельно–напряженного состояния угольных пластов. –М.: Наука, 1981.–150с.

ã В.С.Захаров, Г.И.Соловьев, И.И.Лапоног, Я.А.Ляшок, 1998