НЕФЕДОВ В.Е., МАЛЫШЕВА Н.Н., НЕГРЕЙ С.Г., (ДонНТУ)

О ВНЕДРЕНИИ НОЖЕК КРЕПИ В ПОРОДЫ ПОЧВЫ СРЕДНЕЙ КРЕПОСТИ


Представлены результаты исследований процесса вдавливания ножек арочной крепи в породы почвы выемочной выработки шахты «Южнодонбасская №3» ГП «Донецкуголь».

С увеличением глубины ведения горных работ и ухудшением горно-геологических ус-ловий проблема поддержания подготовительных выработок в зоне влияния очистного забоя становиться весьма актуальной. Особенно ус-ложняется эксплуатация горных выработок, поддерживаемых вслед за лавой в зоне влияния 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. Наряду с поднятием пород почвы в выработках часто наблюдается вдавливание ножек крепи в почву или «ложное» пучение [1].

Исследования внедрения ножек крепи в слабые породы почвы [2] проводились в под-готовительных выработках шахта им. Ленинского комсомола Украины и им.Героев космоса ПО «Павлоградуголь». Наблюдения проводились в выработках поддерживаемых в зоне влияния очистных работ на глубине 300-600 м.

Анализ полученных данных позволил установить что, внедрение крепи в почву, как и пучение, разделяются на периоды интенсивного и установившегося смещений [2]. В течение пер-вого периода, продолжительностью 16-28 сут, крепь внедрялась в почву скачкообразно и не-равномерно от арки к арке, с изменчивостью 20-30%; во втором периоде, продолжительность которого была соизмерима со сроком службы выработки, процесс происходил более равно-мерно и с меньшей скоростью. Установлено, что при малой прочности пород почвы и глубине залегания; происходило интенсивное вдавлива-ние крепи в почву выработки. В результате проведенных исследований авторы предложили удлинить стойки крепи на 500 мм, что позволило увеличить межремонт-ный срок поддержания выработок, но не ре-шило проблемы вдавливания ножек в почву.

Для исследования внедрения ножек ароч-ной крепи в породы почвы средней прочности использовались результаты натурных наблю-дений, проведенных в условиях шахты «Южнодонбасская №3» ГП «Донецкуголь» при опытно-промышленной проверке каркасной крепи усиления [3]. Наблюдения проводились в выемочной выработке 4-й восточной лавы пласта с11, мощностью 1,6 м на глубине 850 м, при комбинированной системе разработки и поддержанием выработки перед лавой и вслед за ней. Непосредственная кровля пласта — песчано-глинистый сланец мощностью 4,5-13,7 м и прочностью 30-40 МПа; основная кровля — песчаник m=3-6 м, ?сж=50-70 МПа. В непосредственной почве залегал песчано-глинистый сланец m=1,6-2 м, ?сж=20-40 МПа; основная почва была представлена песчаником m=2-3,5 м, ?сж=40-50 МПа.

Эксперимент проводился на четырех уча-стках протяженностью по 40 м и расстоянием между ними 40 м. Для исследования внедрения ножек крепи в почву выработки проводились инструментальные наблюдения на двух участ-ках. 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 осуществлялись по контурным замерным станциям, для чего устанавливались контурные реперы в кровле, почве и боках выработки. Для определения абсолют-ной величины смещений боковых пород проводилась ежемесячная нивелировка по реперам кровли и почвы выработки. Результаты замеров по 10 контурным станциям показали (рис.1), что наиболее интенсивно пучение почвы проявлялось на втором участке. Так на сопряжении первого участка с очистным забоем максимальная величина пучения составила 0,75 м, на втором — 1,6 м. Стоит заметить, что пучение и вдавливание носило неравномерный характер по длине экспериментального участка. В середине участка величина пучения была меньше, чем в его начале и конце, и, соответственно, для контрольного и экспериментального участков составила всреднем 0,58 м и 0,91 м. При этом величина вдавливания ножек крепи в почву выработки равнялась на этих участках соответственно 0,16 м и 0,59 м, что составило 28% и 65% от абсолютной величины пучения.
 Инструментальные наблюдения за смещениями пород почвы в выработанном пространстве показали, что на удалении около 140 м от лавы средняя величина пучения на контрольном и на экспериментальном участках составила соответственно 1,57 м и 2,18 м. Средняя величина вдавливания ножек в почву при этом равнялась соответственно 1,53 м (67%) и 0,89 м (55%). Полученные результаты показали, что доля прокалывания в общих смещениях пород почвы выработки существенна. Следовательно, при разработке способов сохранения эксплуатационного сечения выработки необходим учет данного процесса и разработка мероприятий по предотвращению (уменьшению) прокалывания пород почвы выработки. Потому что, как показывают результаты исследований, часто применение прогрессивных способов уменьшения выдавливания пород почвы в определенных условиях в полость выработки не эффективно.

Таким образом, дальнейшее исследование процесса вдавливания ножек крепи в породы почвы, выявление механизма и параметров его формирования в подготовительных выработках глубоких шахт позволит детально изучить это негативное проявление горного давления и разработать эффективные способы и средства предотвращения прокалывания, применение которых совместно со способами уменьшения пучения может обеспечить безремонтное под-держание горных выработок.

Библиографический список
1. Литвинский Г.Г. Механизм пучения пород почвы подготовительных выработок // Уголь, 1987. — №2. —С. 15-17.

2. О вертикальной конвергенции пород в выработках в условиях слабой почвы / Колоколов О.В., Шми- голь А.В.,ХалимендикЮ.М. //Уголь Украины, 1986. — №11. — С. 14-15.

3. Бондаренко Ю.В., Соловьев Г.И., Захаров В.С. Изменения деформаций контура кровли выемочной вы работки при использовании каркасной крепи усиления // Изв. Донецкого горного института, 1999. — № 1. С. 66-70.