С увеличением глубины ведения горных работ и ухудшением горно-геологических условий проблема поддержания подготовительных выработок в зоне влияния очистного забоя становится весьма актуальной. Особенно усложняется эксплуатация подготовительных выработок, поддерживаемых в зоне влияния лав и выработанного пространства. Одним из весьма негативных проявлений горного давления при этом является пучение пород почвы, приводящее к значительной потере сечения выработки и необходимости выполнения большого объема ремонтных работ [1,2]. Наряду с пучением пород почвы в выработках наблюдается вдавливание ножек крепи в почву или «ложное» пучение [2].

Для предотвращения вдавливания арочной крепи в почву выработки при их проведении под обе ножки крепи подкладываются отрезки деревянных брусьев. Однако из-за интенсивных появлений временного опорного давления и негативного воздействия буровзрывного способа проведения выработки при продольно-поперечных смещениях рамы крепи ножки сдвигаются с деревянной подкладки и вдавливается в почву.

Анализ результатов вдавливания ножек крепи в слабые породы почвы на шахтах ПО «Павлоградуголь» показывает, что внедрение крепи в почву, как и пучение, разделяются на периоды интенсивного и установившегося смещений [3]. В течение первою периода, продолжительностью 16–28 суток, крепь внедрялась в почву скачкообразно и неравномерно от арки к арке, с изменчивостью 20–30%; во время второго периода, продолжительность которого была соизмерима со сроком службы выработки, процесс происходил более равномерно и с меньшей скоростью. Установлено, что при малой прочности пород почвы даже при небольшой глубине залегания; происходило интенсивное вдавливание крепи в почву выработки.

В результате проведенных исследований [3] авторы предложили удлинить стойки крепи на 500 мм, что позволило увеличить межремонтный срок поддержания выработок, но не решило проблемы вдавливания ножек в почву. Для исследования внедрения ножек арочной крепи в породы почвы средней прочности использовались результаты натурных наблюдений, проведенных в условиях шахты «Южнодонбасская №3» производственного объединения «Донецкуголь» при опытно-промышленной проверке каркасной крепи усиления [4].

Наблюдения проводились в выемочной выработке 4-й восточной лавы пласта c₁₁, мощностью 1,6 м на глубине 850 м, при комбинированной системе разработки и поддержанием выработки перед лавой и вслед за ней (рис. 1). Непосредственная кровля пласта — песчано-глинистый сланец мощностью 4,5–13,7 м и прочностью 30–40 МПа; основная кровля — песчаник m=3–6 м, σ_сж=50–70 МПа. В непосредственной почве залегал песчано-глинистый сланец m=1,6–2 м, σ_сж=20–40 МПа; основная почва была представлена песчаником m=2–3,5 м, σ_сж=40–50 МПа.

Эксперимент проводился на четырёх участках конвейерного ходка протяженностью по 40 м и расстоянием между ними 40 м. Для исследования внедрения ножек крепи в почву выработки проводились инструментальные наблюдения на двух участках. На первом контрольном участке применялась арочная податливая крепь обычной конструкции. На втором экспериментальном участке применялась крепь усиления, конструкции ДонНТУ. Крепь усиления представляла собой балку из двутавра №14 жестко прикрепленную по центру каждого верхняка крепи хомутами на протяжении всего участка. Для повышения жесткости крепи усиления между балкой и верхняком крепи размещался криволинейный сегмент из спецпрофиля длиной 2,5 м.

Инструментальные наблюдения за смещениями боковых пород на контуре подготовительной выработки осуществлялись по контурным замерным станциям. Для этого в кровле, почве и боках выработки в короткие шпуры устанавливались контурные реперы, представляющие собой отрезки металлического прута диаметром 0,027 м и длиной по 0,6–0,8 м. Для определения абсолютной величины смещений боковых пород проводилась ежемесячная нивелировка по реперам кровли и почвы выработки. Результаты замеров по контурным станциям показали (рис. 2), что наиболее интенсивно пучение почвы происходило после прохода лавы и при поддержании выработки в зоне влияния выработанного пространства.

На сопряжении контрольного участка с очистным забоем максимальная величина пучения составила 0,77 м, а на удалении 140 м за лавой 2,07 м. Стоит отметить, что пучение и вдавливание носило неравномерный характер по длине участка. При этом величина вдавливания ножек крепи в почву выработки перед очистным забоем и в зоне влияния выработанного пространства равнялась соответственно 0,24 м и 0,74 м, что составило 31% и 36% от общей величины пучения.

Полученные результаты показали, что доля прокалывания в общих смещениях пород почвы выработки весьма существенна. Поэтому, при разработке способов сохранения эксплуатационного сечения выработки необходим учет данного процесса и разработка мероприятий по предотвращению или уменьшению величины прокалывания пород почвы выработки ножками арочной крепи.

Дальнейшее исследование процесса вдавливания ножек крепи в породы почвы, выявление механизма и параметров его формирования и протекания на разных этапах поддержания подготовительных выработок глубоких шахт позволит детально изучить это негативное проявление горного давления и разработать эффективные способы и средства его предотвращения.

Библиографический список

1. Черняк И.Л. Предотвращение пучения почвы горных выработок. М.: Недра, 1978. –237с.

2. Литвинецкий Г.Г. Механизм пучения пород почвы подготовительных выработок //Уголь.–1987.- №2. –с. 15-17.

3. Колоколов О.В., Шмиголь А.В., Халимендик Ю.М. О вертикальной конвергенции пород в выработках в условиях слабой почвы. //Уголь Украины.–1986. -№ 11. –с. 14-15.

4. Бондаренко Ю.В.. Соловьёв Г.И., Захаров B.C. Изменения деформаций контура кровли выемочной выработки при использовании каркасной крепи усиления // Известия Донецкого горного института. –1999.- №1. –с. 66-70.