Источник: Роль молоді щодо розвитку геотехнологій та управління виробництвом: Р36 Матеріали IV Міжнародної наукової конференції студентів факультету геотехнологій та управління виробництвом, 16 квітня 2009 року, м.Донецьк, ДонНТУ. — Донецьк: ДонНТУ, 2009. — с. 16-19.
Постоянное увеличение глубины разработки на угольных шахтах и характерная для большинства угольных районов невысокая прочность пород, привели к возникновению таких негативных явлений, как пучение почвы и вывалообразование пород кровли выработок. По этим причинам существенно ухудшилось состояние протяженных выработок, выросли затраты на их поддержание. Особые сложности вызывают случаи вывалообразований, часто возникающие в очистных и подготовительных выработках. Так, ликвидация завалов выработок, увеличивает затраты на ремонт в 2…3 раза. На многих шахтах объединений « Шахтерскуголь», «Макеевуголь», «Дзержинскуголь» и др., значительный объем работ связан с восстановлением выработок вследствие завалов или с выпуском пород во время ремонта выработок ( в 92% случаев [1]). В 55% вес выпускаемой породы на 20…250% превышает несущую способность крепи [2]. В условиях Донбасса первопричиной деформаций 45% выработок является пучение пород почвы, которое активно воздействует на геомеханические процессы породного массива по всему периметру выработки. В призабойной части выработки именно вывалообразование ( обрушение пород) является основным геомеханическим процессом, вызывающим нарушение ее эксплуатационного состояния. В связи с этим разработка способов предупреждения вывалообразований в горных выработках является актуальной технической задачей, имеющей важное значение для угольной отрасли.
Обобщение опыта поддержания выработок в сложных горно- геологических условиях показало, что основными направлениями в предупреждении вывалообразований являются:
– выбор постоянной крепи с учетом удельной нагрузки от вывала;
– снижение степени деформаций окружающего выработку массива, приводящие к пучению пород почвы выработки;
– снижение степени радиального трещинообразования.
Касательно первого направления необходимо отметить, что в условиях больших глубин разработки, зона разрушенных пород достигает значительных размеров, а реализация вывала приобретает динамический характер. С учетом этого несущая способность металлической арочной крепи уменьшается в 1,5-3 раза [3]. Таким образом, обеспечение устойчивости выработок в условиях вывалообразований только путем повышения несущей способности крепи не является рациональным, учитывая большую стоимость и дефицит металлопроката.
Для снижения степени деформаций окружающего выработку массива в условиях шахт Донбасса получила широкое распространение взрывощелевая разгрузка (ВЩР), направленная на предупреждение пучения в почве. По данным [4, 5 и др.] применение способа либо предупреждает пучение (обычно в породах с прочностью на сжатие 60 МПа и более), либо снижают его величину в 2,5…5 раз.
В рамках мероприятий по снижению вывалообразований в выработках шахт ГП «Дзержинскуголь», было выполнено опытное применение способа взрывощелевой разгрузки в штреке гор. 960 м ш. «Комсомолец». Это обеспечило безремонтное эксплуатационное состояние выработки в течение 2 лет. Пучение на этот срок составило 180…220 мм и в дальнейшем не увеличивалось. На других участках этой же выработки производился ремонт на 3…8-й месяц эксплуатации.
Аналогичные или близкие к ним результаты получены в выработках шахт « Новодзержинская» и « Торецкая». Во всех случаях применение способа ВЩР уменьшило пучение в 2…4 pаза, величина которого не превышала 200…250 мм. Смещения пород кровли составляло 200…360 мм. В отдельных случаях ремонта выпуск породы составлял 0,3…1,2 м, что в 3…5 раз меньше наблюдаемых при пучении почвы 300 мм и более. Случаев вывалов не наблюдалось.
Снижение радиального трещинообразования. Непосредственное влияние на характер и степень радиального трещинообразования оказывают способ сооружения выработки, качество работ и применение предупредительных мер.
Так, при комбайновом способе сооружении выработки размер нарушенной приконтурной зоны составляет 0,1…0,2 м. При буровзрывном способе 0,3…0,5 м, в отдельных случаях достигает 1,0…1,2 м. В первом случае породные обнажения практически соответствуют проектному, во втором характеризуются неровностями, имея отклонения от проектного до 26 %.
Наличие неровностей определяет неравномерность смещений, сопровождаемых разрывными нарушениями, т.е. радиальным трещинообразованием.
В этой связи при буровзрывном способе сооружения выработок целесообразно применение « щадящего взрывания», строгое соблюдение паспорта БВР и тщательная оборка породных обнажений для возможно полного удаления нарушенной приконтурной зоны массива. Опыт показывает, что соблюдение указанных требований, обеспечивающих повышение качества проходческих работ, способствует улучшению эксплуатационного состояния выработки и равномерности смещений породных обнажений [5, 6]. Это, в свою очередь, позволяет обеспечить более плотный контакт породного обнажения и крепи и их совместную работу (образование системы «крепь-порода»).
Укрепление пород вяжущими растворами направлено на предупреждение дальнейшего развития радиальных трещин (предупреждение вывалообразований и выпуска породы при производстве ремонта или предварительное укрепление). Этому направлению повышения устойчивости выработок посвящено много работ [2, 5 и др.], в которых освещены технические и технологические вопросы: составы укрепляющих смесей; параметры способа укрепления и др.
Работы по укреплению породного массива целесообразно проводить на начальном этапе эксплуатации выработки. Эффективность его для предупреждения вывалообразований определяется стадией развития геомеханических процессов, на которой проводят эти работы.
Промышленные испытания способа укрепления (цементный раствор при ширине раскрытия трещин ? до 2 мм и цементно-песчаный состава 1:1, 1:2 при ? ? 2,0 мм), проведённые в выработках шахт « Торецкая», «Новодзержинская» и « Комсомолец» показали необходимость их выполнения на стадии смещений и расслоения пород. Проведение укрепления пород на стадии прогиба и радиального трещинообразования, а также интенсивного трещинообразования гарантированных положительных результатов не дает.
Таким образом, для предупреждения вывалообразований работы по укреплению пород целесообразно проводить при смещениях породных обнажений до 170…270 мм на глубину 1,5 м и более. Это позволит предупредить развитие радиальных трещин, образуя слой омоноличенной породы (в пределах приконтурной зоны массива) толщиной 16…20 см.
Возводимая в качестве временной набрызгбетонная крепь ( НБК) предупреждает вывалообразования (обрушения пород) в призабойной части выработки.
Рациональным для временной крепи является набрызгбетонная смесь с добавлением в качестве ускорителя схватывания фтористого натрия в количестве 4 %. Этот состав смеси обеспечивает раннюю прочность 0,75 МПа через 1 час после возведения крепи, при этом достигается высокая механизации работ. Шахтные исследования НБК при сооружения квершлага и ходка в склад ВМ (гор. 960 м, шахта Комсомольская) дали следующие результаты: затраты труда и средств на возведение набрызгбетонной крепи толщиной 5 см составили 1,44 чел.час и 9,8 грн на 1 м выработки. При проведении квершлага на участке трещиноватых пород применение НБК полностью предотвратило обрушение пород.
Набрызгбетонное покрытие породных обнажений для предупреждения вывалообразований целесообразно применять в породах прочностью на сжатие 40…80 МПа, различной степени нарушенности.
Набрызгбетонное покрытие породных обнажений для предупреждения вывалообразований целесообразно применять в породах прочностью на сжатие 40…80 МПа, различной степени нарушенности.
Литература