Факультет геотехнологий и управления производством
Специальность: РАЗРАБОТКА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
В настоящее время наиболее широкое распространение получают такие способы упрочнения массивов горных пород, как анкерование, химическое упрочнение и упрочнение вяжущими
Каждый из них имеет определенную область применения и используется с максимально эффективными параметрами.
Область применения способов в первую очередь определяется геомеханическими параметрами, к которым относятся место проведения работ по упрочнению, размеры зон упрочнения, степень нарушенности массива пород и характеристика нагружения упрочненного массива.
Коротко рассмотрим область применения принципа действия анкерования кровли. Анкерование довольно широко применяется для упрочнения пород, но не нашло распространения в Донецком бассейне в связи со сложностью деформационных процессов и невозможностью его применения во всех горно-геологических условиях. Это является следствием того, что при напряжениях в массиве выше предела мгновенной прочности породы начинают разрушаться либо непосредственно в забое, либо впереди него. Как известно, при проведении выработки в слоистом массиве имеет место периодическое разрушение плит пород кровли. Особенно важно при этом присутствие в кровле выработки слабых пород, которые под влиянием прогиба вышележащих слоев могут интенсивно разрушаться непосредственно в забое.
Очевидно, что при максимальных длинах плит пород непосредственная кровля будет разрушаться в забое или впереди него и анкерование не может дать положительного результата.
Если же максимальные напряжения в заделке плиты в забое не превышают предела мгновенной прочности пород, то анкерование безусловно дает положительный эффект. Здесь важно отметить, что периодическое зависание и разрушение плит пород кровли приводит к периодическому изменению напряжений в заделке от минимальных после разрушения плиты до максимальных перед ее обрушением. В этом случае анкерование может значительно увеличить предельную длину плиты, либо полностью предотвратить ее разрушение. Естественно, что эффективно управлять этим процессом можно только при знании параметров периодичности. Поэтому паспорт анкерования также должен быть увязан с параметрами периодичности.
Таким образом, применение анкерования при проведении выработок связано с характером слоистости и особенностями разрушения пород в забое или впереди него при периодическом проявлении динамической составляющей опорного давления.
Применение анкерования в зоне влияния очистных работ возможно лишь в тех случаях, когда породы кровли не были разрушены при проведении выработок в массиве. Естественно, что работы по анкерованию впереди очистного забоя необходимо проводить за пределами зоны динамической составляющей опорного давления.
Сформулируем основные положения инъекционного упрочнения пород. Оно может производиться при наличии трещин и расслоений определенных размеров, возникновение которых обусловлено технологией ведения горных работ, приводящих к увеличению объема горных пород и их перемещению, уменьшению площади сечения выработки и запаса податливости крепи. Образование больших зон разрушенных пород может вызвать перерасход скрепляющих составов и увеличить протяженность процесса упрочнения. Эти составы применяют при раскрытии трещин до 0,1 ми более.
Наблюдения за состоянием пород при перекреплении выработок показывают, что тонко- и мелкослоистые породы расслаиваются по наслоениям и разделяются на блоки перпендикулярными трещинами при изгибе слоев. Ширина блоков при тонкослоистых породах составляет менее 10 см, при мелкослоистых 10-50 см, длина соответственно 15-20 и 30-40 см.
Поскольку при деформировании пород увеличивается объем трещин, что обусловлено появлением микротрещин (делатансия), а также трещин и расслоений до 0,1 мм, можно предположить, что объем трещин более 0,1 мм в зоне разрушенных пород достигает 50%. В данном случае при коэффициенте расширения 1,05 потребуется приблизительно 25 л полиуретановых составов на 1 м3 породы.
При выборе расстояния от забоя, на котором необходимо вести работы по химическому упрочнению, необходимо принимать во внимание то, что упрочнение нельзя осуществлять в зоне е влияния забоя выработки, где имеют место упругие деформации и наблюдаются максимальные скорости смещения пород; в соот-о ветствии с руководством не рекомендуется проводить нагнетание при длине шпуров менее 3 м; упрочнение следует й осуществлять за пределами зоны выполнения технологических операций по проведению выработки, не допуская больших значений коэффициентов расширения пород
Перечисленным ограничениям удовлетворяет удаление от забоя на расстояние 15—20 м, где начинается участок релаксации напряжений и скорость смещений падает, а коэффициенты расширения пород не имеют максимума. Установлено, что на расстоянии 18 м от забоя коэффициент расширения пород в четырехметровой зоне составил 1,06, при максимуме 1,13. Следовательно, при упрочнении пород на указанном расстоянии от забоя можно приблизительно в 2 раза снизить коэффициент расширения пород. Увеличение расстояния от забоя снизит эффективность работ по упрочнению пород.
Другое решение может быть принято, если ширина зоны разрушенных пород вне зоны влияния очистных работ не превышает 3 м, а формирование ее заканчивается на расстоянии 50-100 м и более от забоя. Упрочнение пород можно производить вне зоны влияния очистных работ впереди забоя.
Поскольку смещения на контуре имеют место на меньшем расстоянии от лавы, чем длина зоны опорного давления, упрочнение следует проводить до начала проявлений смещений на контуре. На глубине 900-1100 м при залегании в кровле глинистых и песчаных сланцев удаление от очистного забоя должно быть на расстояние 50-70 м.
Упрочнение пород может выполняться и впереди очистного забоя без упрочнения пород вне зоны влияния очистных работ. В этом случае расход полиуретанового состава намного больше. При большом промежутке времени между проведением выработки и очистными работами и при значительных деформациях пород упрочнение может производиться дважды; вслед за проведением выработки и впереди зоны влияния очистных работ.
И.Л.ЧЕРНЯК "УПРОЧНЕНИЕ ПОРОД В ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТКАХ", Москва: "Недра" 1993 г. - 256 с.