1.1 Основные факторы, влинюшие на устойчивость выработок. Устойчивость подземной выработки - её способность сохранять заданные размеры и форму в течение всего срока эксплуатации. Интенсивность потери площади поперечного сечения (далее сечения) подземной выработки, формоизменения и степень деформации ее крепи зависят от исходных горно-геологических и горнотехнических условий. К основным исходным гарно-геологическим условиям, влияющим на состояние выработки относятся структурно-прочностные свойства окружающего её породноугольного массива: последовательность залегания относительно выработки породных и угольных слоев, их мощность; предел прочности слагающих эти слои пород и угля, плотность и положение в пространстве систем природной грещиноватости; наличие зон локального ослабления массива, сопряженных с его геологическими нарушениями; обводнённость пород; глубина заложения выработки; угол наклона плоскости напластования пород к горизонту. В обобщенном виде исходные предпосылки сохранения устойчиволсти пород вокрут выработки могут характеризоваться геостатическим критерием [6].
Ка = уН/сигма* (1.1)
где у - средняя объёмная плотность пород угленосного массива (для шахт Донбасса в среднем у — 25 кН/м3) в пределах глубины разработки H(м);
сигма* - средневзвешенный предел прочности вмещающих выработку пород па одноосное сжатие, кН/м3
Чем больше величина критерия, тем окружающие выработку породы потенциально устойчивее. Для описания процесса разрушения пород за контуром выработки в работе [7] предложен более сложный локальный критерийw* = F(сигмаij)/f(Cк* сигмаij)
(i,j =(1-3) k = (1-n))
где F(сигмаij) - функция действующих напряжений сигмаij в рассматриваемой точке;
f(Cк* сигмаij)- функция прочности пород, зависящая от тензора напряжений и параметров прочности Ск.
Hа участках контура выработки, где |w*| <1, w*- < - 1 и w*+ > I, разрушение пород отсутствует соответственно при сжатии и растяжении.
С увеличением количества систем природной трещиноватости породноугольного массива, как плотности самой трещиноватости в каждой её системе, снижает его устойчивость при обнажении выработкой. Обводнённость пород также снижает их прочность. Основные горнотехнические факторы, определяющие устойчивость выработок:
- форма и площадь сечения выработки;
- разновидность крепи, ее податливость и сопротивление по периметру и длине выработки;
- наличие пустот в закрепном пространстве и плотность их забутовки;
- способы проведения и охраны;
- вынимаемая мощность пласта;
- расположение выработки относительно разрабатываемого пласта и систем природной трещиноватости;
- глубина разработки;
- размещение выработок в зонах повышенного или пониженного горного давления, над- или подработки, в выработанном пространстве;
- непосредственное влияние очистных работ на выработки, сопряженных с лавой;
- применение способов и средств разгрузки породно-угольного массива;
- разновидность сопряжений выработок.
На рисунке 1.1 представлена общая классификация способов и средств сохранения устойчивости подземных выработок угольных шахт [8]. Дополнительная информация об устойчивости подземных выработок угольных шахт, влияние на них проявлений горного давления при различных сочетаниях способов, средств их охраны и поддержания представлена в монографиях [9, 10]. При рассмотрении отдельных конкретных вопросов содержания, ремонта и ликвидации подземных выработок угольных шахт авторы используют накопленный научный и практический потенциал в области рациональных технических и технологических решений этих вопросов.