Разнообразие горно-геологических условий и их существенная изменчивость в пределах выемочных полей действующих очистных забоев создает значительные трудности при прогнозировании возможных проявлений горного давления в выемочных выработках. Существующие методики определения параметров проявлений горного давления, основной из которых является отраслевая методика ВНИМИ, не в полной мере позволяют учесть совместное влияние жесткостно-силовых параметров опорных конструкций и различных технологических решений по усилению основной крепи выработки при прогнозе ожидаемых в выработке смещений, что весьма важно не только на этапе выбора рациональной крепи и способа охраны, но и при выполнении проектных работ по оценке целесообразности проектирования новых шахт, горизонтов выемочных полей. Таким образом, выбранная тема является весьма актуальной для шахт осуществляющих угледобычу в сложных условиях больших глубин разработки.

Цели и задачи

Цель работы заключается в выборе рационального способа охраны интенсивно деформирующейся выемочной выработки в зоне влияния очистных работ при учете совместного влияния жесткостно-силовых параметров опорных конструкций, возводимых по бровке лавы и параметров технологических решений по усилению основной крепи выработки.

Результаты наблюдений

В работе предлагается новая концепция методики выбора рационального способа поддержания и охраны выемочной выработки в зоне воздействия очистных работ на основании учета совместного влияния жесткостно-силовых характеристик проектируемых технологических решений для конкретных условий применения.

Выход угольной промышленности из сложившейся в силу целого ряда обстоятельств кризисной ситуации невозможен без существенных инвестиций в отрасль на реконструкцию действующих и строительство новых производственных мощностей, что сопряжено с необходимостью выполнения предпроектной проработки возможных вариантов бизнес-планов на базе учета основных затратных механизмов, одним из которых и является крепление, охрана и ремонт подготовительных выработок.

Основной особенностью эксплуатации подготовительных выработок в зоне влияния очистных работ является, значительные смещения пород на контуре выработки, что приводит к предельным деформациям и разрушению крепи. Устойчивость выработок характеризуется в первую очередь сохранностью её проектного сечения и целостностью крепи за весь срок её службы. В связи с этим способы повышения устойчивости подготовительных выработок направлены на улучшение режима работы крепи и условий их поддержания.

С увеличением глубины разработки происходит качественное изменение механизма деформирования боковых пород, как на контуре, так и в окрестности очистных и подготовительных выработок. Это происходит из-за образования вокруг горной выработки зоны неупругих деформаций вследствие развития на её контуре деформационных процессов как результата реализации потенциальной энергии подработанного и надработанного массива пород.

Наблюдениями установлено, что сформировавшаяся до влияния очистных работ зона неупругих деформаций в среднем превышает радиус выработки в 2-3 раза, а под влиянием опорного давления лавы увеличивает свои размеры в 1,3-2 раза. При этом в зоне опорного давления наблюдается существенный рост трещиноватости массива внутри области неупругих деформаций, а величина и скорость смещений пород на контуре выработок и в глубине массива увеличивается в 1,8-2,5 раза.

На основании обобщения многочисленных шахтных наблюдений и лабораторных исследований механизма деформирования боковых пород на контуре и в окрестности подготовительных выработок в различных зонах их поддержания и при различных способах охраны и крепления И.Л. Черняк отмечает, что в зависимости от соотношений предела прочности боковых пород и напряжений в массиве могут иметь место три типа деформаций.

При первом типе деформаций пород, характеризующийся образованием вокруг выработки зоны упруго-вязких деформаций, процесс деформирования протекает без нарушения сплошности пород и имеет затухающий характер во времени и пространстве. Когда напряжения на контуре выработки, превышающих предел длительной прочности, но меньших мгновенной прочности породы, имеет место второй тип деформаций боковых пород. Снижение прочности пород является следствием образования микротрещин на контуре выработки, способствующих дальнейшему росту неупругих деформаций. В результате чего локальные разрушения объединяются в более крупные с интенсификацией процессов деформирования и смещения пород в выработку. Но, обладая еще значительной остаточной прочностью, породы по мере удаления вглубь массива оказывают существенное сопротивление разрушению с одновременным уменьшением тангенциальных напряжений. По достижение некоторого расстояния от контура выработки, разрушение пород не происходит и в этой части массива образуется зона упруго-вязких деформаций. Со временем часть этой зоны разрушается и переходит в зону длительного разрушения пород. Наиболее неблагоприятный с точки зрения поддержания выработки третий тип деформаций имеет место, когда напряжения на контуре выработки превышают мгновенную прочность породы. При этом деформирование пород происходит вслед за проведением выработки и зона, где породы разрушаются сразу при достижении максимума интенсивности напряжений, является зоной условно-мгновенного разрушения пород. За ней следует зона упруго-вязких деформаций, в пределах которой во времени образуется участки длительного разрушения пород. Такой процесс деформирования боковых пород проявляется на глубинах 600-1000м при породах с пределом прочности на одноосное сжатие 30-100МПа. При анализе способов проведения, крепления и поддержания выемочных выработок в зоне влияния очистных работ выделим следующие способы повышения устойчивости выработки: изменение размеров и формы поперечного сечения выработки, типа и параметров крепи; расположение выработки в зоне пониженного горного давления, а также снижение напряжений в приконтурном массиве; Проведение выработок завышенным сечением на величину прогнозных смещений пород и применение крепи с повышенной конструктивной податливостью часто оказывается наиболее эффективным способом повышения устойчивости.

Эффективная работа крепи подготовительной выработки, наряду с её высокой несущей способностью и конструктивной податливостью, во многом предопределяется равномерностью нагружения крепи по периметру. В противном случае из-за несоответствия форм крепи и обнажения пород крепь реализует 20-80% своей несущей способности. Забутовка закрепленного пространства породой или его тампонаж песчано-цементными растворами позволяет более чем в 6 раз снизить скорость смещений боковых пород и предотвратить искривление верхняка крепи за счёт исключения локальных точечных нагрузок. Однако этот способ не нашёл широкого применения на шахтах Украины из-за высокой трудоёмкости возведения и переноски опалубки для выполнения.

Заключение

p>Количественное влияние факторов близости очистных работ и глубины разработки на устойчивость выемочных выработок можно оценить на основании анализа фактических затрат на их поддержание. В работе приведено сопоставление значений коэффициентов влияния глубины разработки, на стоимость поддержания штреков и величин коэффициента изменения опорного давления и показано, что они возрастают с глубиной примерно в одинаковой степени. С увеличением глубины ведения горных работ от 300 до 900м различие в их значениях не превысило 10-12%. Это позволяет утверждать, что стоимость поддержания пластовых выемочных выработок при прочих равных условиях обусловлено величиной опорного давления.

Список литературы

1. Г. Г. Литвинский, Г. В. Бабиюк, кандидаты техн. наук, С. Г. Коробкин, "Управление напряженным состоянием пород вокруг выработки".

2. С. И. Егоров, Ю. М. Халимендик, Э. П. Курченко и др. "Обобщение опыта крепления и охраны подготовительных выработок". Уголь Украины. Уголь Украины.— 2002.-- № 5.

3. Канд. Техн. наук М. П. Зборщик, доктор техн. наук Б. И. Медведав, инженер В. Л. Кондрацкий, "Об охране и проветривании штреков при отработке лав".

4.Зборщик М.П. Назимко В.В. "Охрана выработок глубоких шахт в зонах разгрузки"

5.Strelnikov Vadim, Mahrenholtz Hans, "Einfuhrung in Bergbau. (Lehrmittel fur Bergbaustudenten)".