Поддержание подготовительных выработок, подверженных влиянию очистных работ, является сложной проблемой, особенно при увеличении глубины разработки угольных пластов. Достаточно отметить, что до 80% из всех подземных подготовительных выработок подвержены влиянию очистных работ. Анализ состояния подготовительных выработок показал, что порядка 15% из них полностью не соответствуют нормативным требованиям.

На состоянии подготовительных выработок существенно сказывается активное сдвижение боковых пород, особенно в зонах опорного давления, суммарная величина которых превышает нагрузочные характеристики применяемых крепей. Вследствие этого происходит значительная деформация штрековой крепи и уменьшение рабочего сечения выработки. Восстановление таких выработок затруднено ввиду концентрации работ на сопряжении очистной и подготовительной выработок.

Преобладающее смещение боковых пород происходит, как правило, по нормали к напластованию. Характер деформации зависит от угла залегания разрабатываемого пласта, несущей способности штрековой крепи и средств охраны выработки, положения фронта очистных работ. Процессом смещений горных пород можно управлять путем установки в выработках самонастраивающихся силовых элементов (крепи усиления), а также специальных крепей с повышенной несущей способностью и малой податливостью. С этой целью разработан ряд конструкций крепи усиления из спецпрофиля, металлических стоек трения нарастающего сопротивления, гидравлических стоек и других.

Способы и средства крепления сопряжений подготовительных и очистных выработок могут быть в виде как естественных (угольных), так и искусственных целиков с применением различных типов специальных крепей. Известны типы крепей, применяемых для крепления сопряжения очистных и подготовительных выработок. Это костры из стоек круглого сечения, накатные костры, опоры из железобетонных блоков, рабочие характеристики которых, соответственно – 3, 4, 7, приведены на рис. 1.

Рукавная полимерная ткань диаметром 0,4? 0,6м и длиной до 0,85? 1,0м наполнялась породой и устанавливалась вертикально между плитами пресса. Путем имитации процесса и конвергенции боковых пород плитами пресса при их перемещении получена рабочая характеристика 1 несущего элемента СП (см. рис. 1). При нарушении породной стойки происходило увеличение ее диаметра до 10% (что соответствовало характеристике применяемой рукавной ткани СТН-99), давление породы на ее стенки составило 6,0МПа.

С использованием технологии возведения накатных костров, были изготовлены и установлены несущие элементы СПН из отрезков рукавной ткани диаметром 0,2? 0,6м, наполненных породой. При этом применялась рукавная полимерная ткань СТН-97, СТН-99 (ТУ 17-879-77), разработанная и изготовленная институтом УкрНИИПВ, прочность которой – 260кг/см, толщина – 2,5мм, масса 1м² – 1,1кг. Длина элемента накатного породного костра составляла 1,2м. Аналогично испытаниям стойки СП в условиях пресса, получена рабочая характеристика 2 накатного породного костра СПН, приведенная на рис. 1.

С целью получения специальных крепей с более жесткой характеристикой, нами проведены исследования эластичной оболочки (это могут быть пневматические костры 6ПМ с рабочей характеристикой 5 на рис. 1), полностью заполненной водой из шахтной водяной магистрали. Характеристика 6 несущего элемента из эластичной оболочки, заполненной водой, приведена на рис. 1. Учитывая несжимаемость жидкости и удлинение резино-кордного материала оболочки, несущий элемент не является абсолютно жестким, а с целью предотвращения ее разрушения был установлен клапан для сброса рабочего давления при достижении несущей способности, близкой к 600кН.

Рис. 1. Характеристики крепей: 1 – стойка породная СП; 2 – стойка породная наборная СПН; 3 – костер из деревянных стоек круглого сечения; 4 – костер из деревянных стоек накатной; 5 - эластичная оболочка, наполненная сжатым воздухом; 6 – эластичная оболочка, наполненная водой; 7 – опора из железобетонных блоков

a А.И.Ильин, Н.А.Николенко, В.М.Теросипов, 1998