АНАЛИЗ СПОСОБОВ ОХРАНЫ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК, НАПРАВЛЕНЫХ НА ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ КРЕПИ

В статье выполнен анализ известных отечественных и зарубежных технических решений, направленных на повышение устойчивости рамных крепей в подготовительных выработках и путей их совершенствования

Ключевые слова: подготовительная выработка, способ охраны, конструкция крепи, тампонаж, шпур

Введение. Основными причинами потери устойчивости выработок, поддерживаемых вне зон влияния очистных работ, являются: несоответствие параметров применяемых крепей горно-геологическим и техническим условиям поддержания; отсутствие контакта крепи с породным массивом после ее возведения, а также последующие нарушения устанавливающегося в массиве равновесного состояния горными работами.

Проведенный анализ литературных источников, посвященных повышению устойчивости выработок, свидетельствует о наличии большого количества методик, характеризующих предлагаемые пути решения этой сложной проблемы. Так, в ряде работ авторы отмечают тот факт, что более благоприятные условия поддержания обеспечиваются в выработках, проводимых комбайнами. Однако, по утверждениям других авторов, влияние способа проведения на устойчивость выработки зафиксировано лишь первые 8-12 месяцев после ее проведения. В то же время, производственный опыт показывает, что область применения большей части парка проходческих комбайнов ограничена прочностью вме-щающих выработки пород редко привышает 40 МПа.

При буро-взрывной технологии проведения выработок, устойчивость приконтурного массива в значительной мере повышают путем применения контурного взрывания. Этот способ значительно снижает интенсивность трещинообразования во вмещающих породах пo сравнению с обычным взрыванием. В этом случаи обеспечивается более точное оконтуривание поперечного сечения, уменьшается амплитуда неравномерностей породных обнажений, а в следствии этого, и концентрация действующих напряжений. Значительным недостатком данного способа является бурильное оборудование, которое не позволяет бурить оконтуривающие шпуры вплотную к проектному контуру, параллельно оси выработки.

Еще одной ветвью повышения устойчивости металлических арочных крепей в выработках являются многочисленные попытки создать систему «крепь-массив» с учетом вектора преобладающих смещений в породной толще («подогнать» крепь под массив) и времени возникновения плотного контакта между крепью и массивом. Для этого отечественными и зарубежными разработчиками крепей предложено большое количество конструкций, призванных решить эти проблемы.

Для повышения устойчивости выработок с длительным сроком службы применяется тампонаж закрепного пространства. Ряд ученых неоднозначно оценивают влияние жесткости материала создаваемой тампонажной оболочки на работу податливой крепи.Недостатком данного способа является необходимость в специальном оборудовании и выполнение работ по герметизации (изоляции) выработок, что в свою очередь делает этот способ дорогим и трудоемким

Для сложных горно-геологических условий были разработаны комбинированные конструкции крепи, которые получили широкое распространение (объем применения до 5 %): анкер-металлическая, АНТ (арка, набрызг, тампонаж), ШСНГ (штанга, сетка, набрызг, тампонаж) и другие, в которых поддерживающие элементы тем или иным способом связываются для обеспечения совместной работы с приконтурным массивом.Недостатками данных конструкций являются их технологические недоработки и неполная изученность их работы с точки зрения геомеханики.

Так как в настоящее время преобладающим видом крепи остается арочная податливая, то в целом ряде работ для повышения ее устойчивости предлагается применять различные способы усиления крепи, увеличения ее жесткости в направлении преобладающих смещений без существенных конструктивных изменений. В одним из примеров предлагается использовать напрягающую стяжку на уровне замков податливости, устанавливаемую при помощи винтовых домкратов. По замыслу авторов это создает в верхняке крепи крутящий момент, направленный в противоположную сторону моменту от внешней косонаправленной нагрузки.

За последние 20 лет в ДонНТУ и ДонГТУ были разработаны способы охраны, направленные на устранение переборов пород в технологии проведения выработок. Их основой является использование идеи взрывной забутовки закрепного пространства путем взрывания зарядов рыхления, одновременно выполняющих функцию локальной разгрузки пород от повышенных напряжений. широкого применения на шахтах эти способы не нашли из-за необходимости точно соблюдать технологию и параметры работ при общей высокой культуре производства.

В ходе многочисленных исследований большим количеством ученых было доказано, что предварительный распор способствует быстрому вводу податливой крепи в работу. Для этого при установке крепи она принудительно вдавливается в породное обнажение, при этом за счет смятия и уплотнения пород обеспечивается их лучший контакт с крепью.

В КГМИ и ДПИ на основе способов локальной разгрузки и укрепления, были разработаны способы охраны АРПУ и взрыво-укрепления. Сущность первого заключается в перераспределении напряжений вокруг выработки путем их разгрузки, с отделением части пород от массива и последующим использованием их в качестве естественного строительного материала для создания в почве выработки грузонесущего обратного свода из укрепленных пород. Разгрузка осуществляется взрыванием в шпурах камуфлетных зарядов ВВ. После этого бурят тампонажные шпуры, в которые нагнетают скрепляющий раствор. Образованная В почве разгруженная зона меняет соотношение высоты и ширины выработки. Она приобретает эллиптическую форму, благодаря чему концентрация напряжений в массиве уменьшается, что увеличивает устойчивость выработки в целом.

Способ взрыво-укрепления предусматривает одновременное выполнение работ по укреплению и разгрузке породного массива. Он основан на бурении шпуров в приконтурный массив с размещением ампул со скрепляющим составом и зарядов ВВ. При взрывании происходит рыхление пород по длине шпура, разрушение оболочек ампул и проникновение скрепляющего раствора (пенополиуретана, эпоксидной смолы с отвердителем) в образовавшиеся трещины.

Существенными недостатками данных способов являются высокая трудоемкость и материалоемкость, а также необходимость наличия дополнительного оборудования.

Выводы. Проведенный анализ показывает, что перспективным направлением будущих лет является разработка комбинированных способов охраны, которые позволяют изменять направление преобладающих смещений пород в выработку обеспечивая необходимые условия работы крепи а так же максимально вовлекать приконтурный массив в совместную работу с крепью и использовать при этом природную прочность вмещающих пород. Так же не стоит забывать о том, что все эти предлагаемые способы должны быть включены в технологический процесс проведения и крепления выработки.

Назад в библиотеку