Взрывощелевая разгрузка вмещающих пород как средство повышения устойчивости горных выработок

Обобщены результаты исследования параметров взрывощелевой разгрузки на моделях из эквивалентных материалов и в шахтных условиях, а также опыт применения паспортов охраны штреков крутых пластов, базирующихся на взрывощелевой разгрузке. В настоящее время и в обозримом будущем уголь есть и будет основным энергоносителем, а, следовательно, и гарантом экономической независимости Украины. Запасов нефти и газа на доступных глубинах в Украине очень мало, в то время как разведанных запасов угля при добыче 100-110 млн. т. в год хватит более чем на 300 лет[1]. Для достижения вышеуказанной добычи наряду с реструктуризацией угольной промышленности, применением высокопроизводительной техники и технологии в очистных и подготовительных забоях необходимо обеспечить эксплутационное состояние горных выработок.

Достичь этого можно следующим образом:

1.Использованием благоприятных горно-геологических условий (проведением горных выработок вне зоны геологических разрушений, по более прочным породам, а при пересечении выработкой слабого слоя — расположением его в боках выработки).

2.Сохранением или восстановлением прочности вмещающих горных пород (путем анкерования или нагнетания различных упрочняющих составов).

3.Созданием региональных или локальных зон разгрузки в породах, вмещающих горную выработку (путем предварительной или последующей отработки разгрузочной лавы, бурением разгрузочных скважин в массиве угля, создания в почве или боках выработки с помощью БВР или выбуривания разгрузочных (компенсационных) щелей).

4.Выбором соответствующей технологии проведения и крепления горной выработки с целью создания системы «крепь — порода» (применением проходческого комбайна вместо БВР; путем тампонажа закрепного пространства, применения предварительного распора, рукавов «Буллфлекс», набрызгбетона по пери¬метру крепи и т.д.).

5.Комбинацией вышеперечисленных спо¬собов (например, АРПУ, «крепь — охрана»).

Каждый из вышеперечисленных способов имеет свои преимущества, недостатки и область применения. Для подготовительных выработок, примыкающих к очистному забою, с небольшим сроком службы наиболее приемлемым является создание локальной зоны разгрузки с помощью взрывощелевой разгрузки (ВЩР), трудоемкость которой по сравнению с другими способами в несколько раз ниже [2]. Сущность взрывощелевой разгрузки заключается в бурении разгрузочных шпуров в боках выработки и взрывании в них камуфлетных зарядов ВВ. Разгрузочные шпуры взрываются, как правило, одновременно со шпурами в забое выработки, проводимой с помощью БВР. В результате по бокам выработки образуется локальная зона разгрузки. ВЩР способствует ускоренному формированию вокруг выработки зоны неупругих деформаций с меньшими размерами, чем при проведении выработки без разгрузки, более равномерному распределению давления по периметру крепи. Переносу локальной концентрации напряжений в глубь массива и перерезанию слоев пород почвы, участвующих в пучении. В результате этого уменьшаются смещения пород на контуре выработки, нагрузка на ее крепь, улучшаются условия работы крепи, снижается пучение пород почвы, что в целом повышает устойчивость выработки и снижает затраты на ее поддержание. На пологих угольных пластах взрывощелевая разгрузка начала применяться для капитальных горных выработок, не подверженных влиянию очистных работ, в 60-х — 70-х годах XX столетия [3,4]. Позже, в 80-х годах, ВЩР стала применяться для повышения устойчивости выработок, подверженных влиянию очистных работ. На шахтах, разрабатывающих крутопадающие пласты, опыта применения ВЩР не было. Необходимо было установить возможность применения и эффективность ВЩР в условиях крутопадающих пластов. В ДПИ в результате выполнения хоздоговорной темы были разработаны технологические схемы охраны полевых выемочных штреков крутых пластов, базирующиеся на ВЩР [5]. При этом принимались с некоторой корректировкой параметры, рекомендуемые в работе [4], а именно: длина разгрузочных шпуров 2,5-3,1 м; расстояние между шпурами в зависимости от прочности вмещающих пород и глубины разработки 0,45-0,75 м; масса заряда в шпуре при применении ВВ типа Т-19 для выработок сечением в свету 8,5 и 10,4 кв.м. — 0,6 кг, а для сечения 12,8кв.м. — 0,9 кг; угол наклона шпуров к горизонтальной плоскости — 30 градусов. Апробация вышеуказанных технологических схем охраны была осуществлена на шахтах «Кочегарка» и имени H.A. Изотова ПО «Артемуголь». Выполненные работы доказали возможность применения и эффективность ВЩР при обработке крутых пластов при влиянии очистных работ на выемочные полевые штреки. В результате применения ВЩР пучение почвы уменьшилось в 2-4 раза, резко уменьшились затраты на поддержание выработок. Кроме этого экспериментально было доказано, что отставание во времени от момента проходки выработки (взятия заходки) до проведения ВЩР должно быть таким, чтобы зона неупругих деформаций (ЗНД) вокруг проводимой выработки еще не сформировалась, то есть не более 1,0-1,5 месяцев при заложении выработки в породах средней крепости и не более 2,0-3,0 месяцев при расположении ее в прочных породах. Если ВЩР проводить после того, как вокруг выработки сформировалась ЗНД, то нарушается установившееся равновесие системы «крепь — порода», увеличивается размер ЗНД. Это приводит к резкому увеличению перемещений пород на контуре выработки, нагрузки на ее крепь и, как правило, к необходимости перекрепления выработки [7]. После апробации в различных горно-геологических условиях технологические схе¬мы [5] вошли составной частью в типовые паспорта охраны штреков на крутых пластах [2], утвержденные Минуглепромом УССР. Промышленное внедрение паспортов охраны полевых штреков, базирующихся на взрывощелевой разгрузке вмещающих пород, показало их высокую эффективность. Так на шахте «Кондратьевка» шахтоуправления «Александр-Запад» ПО «Артемуголь» было пройдено с ВЩР два участка восточного полевого откаточного штрека пласта «Куцый» гор. 740 м длиной 245 и 275 м. Экономический эффект составил от 40 до 60% стоимости проведения 1м выработки [8]. Шахты Центрального Района Донбасса отрабатывают свиты крутых пластов. При этом имеет место многократная подработка и надработка выемочных и групповых пластовых и полевых штреков. Как изменятся при этом параметры ВЩР, как долго сохранится эффект разгрузки, сколько под- и надработок может компенсировать ВЩР — не известно. На эти вопросы должна была дать ответы хозтема №87-28 «Разработать и внедрить способы охраны штреков при разработке свиты крутых пластов, базирующиеся на взрывощелевой разгрузке вмещающих горных пород», выполняемая под руководством автора данной статьи. Работа планировалась сроком на три года. Но в связи с решением Минугрепрома об уменьшении отчислений средств ЕФРНТ выполнялась только полтора года. В связи с этим в полном объеме выполнены исследования на моделях из эквивалентных материалов и начаты широкомасштабные натурные исследования на шахтах им. Ф.Э. Дзержинского, им. Артема и им.К.Е. Ворошилова ПО «Дзержинскуголь». С ВЩР было пройдено около 200м полевого и пластовых штреков. Заложены наблюдательные станции на контрольных и экспериментальных участках.

На моделях из эквивалентных материалов имитировались различная длина разгрузочных шпуров, расстояние между ними, угол наклона разгрузочных шпуров и величина заряда ВВ. Отработка моделей позволила сделать следующие выводы [9, 10]:

1.Длина соседних разгрузочных шпуров не должна отличаться более, чем на половину длины заряда. В противном случае не возможно создать вдоль выработки непрерывную зону разгрузки.

2.При величине заряда в шпуре, равном 0,6 кг ВВ типа Т-19, расстояние между разгрузочными шпурами можно увеличить с 0,45-0,75 до 1,0-1,2 м. Что без ухудшения качества приведет к уменьшению трудоемкости ВЩР в 1,5-2,0 раза и к повышению ее экономической эффективности.

3.При увеличении заряда ВВ в разгрузочных шпурах до 0,9 кг расстояние между ними может быть увеличено до 1,5-2,0 м.

4.Эффективность ВЩР при бурении разгрузочных шпуров под углом к напластованию значительно выше, чем при бурении их по напластованию. Данные выводы были учтены при составлении паспортов охраны штреков, базирующихся на ВЩР, выше указанных шахт [10]. Проведенный объем шахтных наблюдений позволил подтвердить правильность выводов, полученных в результате моделирования, а также в первом приближении показал, что, чем сложнее условия поддержания штреков, тем выше эффективность ВЩР [11]. К сожалению, из-за прекращения работ ответить на все поставленные вопросы не удалось.

Таким образом, моделирование эквивалентными материалами, многолетние шахтные исследования показали эффективность взрывощелевой разгрузки как средства повышения устойчивости горных выработок в условиях пологого и крутого падения, как при отсутствии, так и при наличии влияния очистных работ на поддерживаемые выработки.

Библиографический список

1.Умиль Е. Вече. Представители промышленных регионов Украины решали в Донецке судьбу топливно-энергетического комплекса // Донецкие новости, 2000. —№45/489/, 9-15 ноября.

2.Типовые паспорта охраны штреков на крутых пластах разгрузкой вмещающего массива, упрочнением пород и усилением арочной крепи / Минуглепром УССР. — ДонУГИ. — Донецк, 1986. — 76 с.

3.Огнев Г.И., Кошелев К.В., Левченко В.П. Шахтные исследования щелевого способа разгрузки пород¬ного массива // Проектирование и строительство угольных шахт, 1966. — №8. — С. 24-26.

4.Технологические схемы снижения напряженного состояния породного массива вокруг капитальных горных выработок (взрывощелевая разгрузка) / Кошелев К.В., Стрельцов Е.В., Косков И.Г. и др. — Харько-Донецк: ВНИИОМШС, 1979. — 35 с.

5.Типовые технологические схемы охраны полевых выемочных штреков крутых пластов / Братишко A.C., Гавриш H.H., Самойлов В.Л., Курицын Б.И. — Донецк: ДПИ, 1984. — 38 с.

6.Братишко A.C., Гавриш H.H., Самойлов В.Л., Эпштейн A.C. Взрывощелевая разгрузка полевого штрека на крутом пласте // Уголь Украины, 1985. — №8. — С. 26-28.

7.Применение взрывощелевой разгрузки с целью повышения устойчивости полевых выемочных штреков на шахтах крутого падения / Самойлов В.Л., Братишко A.C., Титенок А.П. — Разработка месторождений по¬лезных ископаемых: Респ.межвед. науч.-техн. сб., 1987. — вып.76. — С. 53-58.

8.Повышение устойчивости штрека крутого пласта путем взрывощелевой разгрузки вмещающих горных пород / Самойлов В.Л., Краснов СВ., Максионович А.Г. — Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического совещания «Пути улучшения состояния горных выработок» (г.Донецк, 10-13 октября 1989г.) Минуглепром СССР, ЦНИЭИуголь, М., 1989.

9.Самойлов В.Л., Григорьев С.Г., Жмыхов В.Н. Исследование влияния длины разгрузочных шпуров и расстояния между ними на формирование зоны разгрузки на моделях из эквивалентных материалов / Донецк, политехнический институт. — Донецк, 1988, — 12с. — Деп.в ЦНИЭИуголь 10.05.88, №4556.

10.Разработать и внедрить способы охраны штреков при разработке свиты крутых пластов, базирующиеся на взрывощелевой разгрузке вмещающих горных пород: Отчет о НИР (заключ.) / ДПИ. — № ГР 01870048917. —Донецк, 1988.

11.Самойлов В.Л. Предотвращение пучения пород почвы в подготовительных выработках с помощью взрывощелевой разгрузки // Сб. докладов научной конференции № 4. — 1 часть. — Секция 4. — ГМИ. Острава, 1990. —С. 62-63.