Эффективное поддержание выемочных штреков требует применения различных технических и технологических мероприятий на всех этапах их существования, т.е. в период проходки штреков в горном массиве, воздействия фронта очистных работ, поддержания сопряжения «лава – штрек».
Способы поддержания штреков можно классифицировать в зависимости от конструкции применяемых элементов для поддержания сопряжения лавы со штреком, а также от способа поддержания кровли лавы в месте сопряжения со штреком.
Способы поддержания штреков можно классифицировать:
– с применением подпорных полос в лаве, шириной от 1 до 1,5 м, выполненных в виде деревянных костров, деревянных костров с закладкой их вяжущим веществом, сплошных полос выполненных из вяжущих веществ (ангидрит, минерально-цементная смесь, смесь золы и цемента) и комбинированных полос на базе вяжущих веществ и деревянных или стальных элементов;
– с применением специальных стоек в штреке с высокой несущей способностью, в качестве обрезной крепи, позволяющие уменьшить ширину подпорной полосы вдоль штрека, что уменьшает нагрузку и деформации пород поддерживаемого за лавой штрека.
Представленная классификация имеет условный характер и на практике сводится к применению различных технических и технологических средств, а также различной организации работ.
Рассмотрим опыт поддержания выемочных штреков с использованием подпорных полос.
Задачей подпорных полос, возводимых вдоль сопряжения отработанной части лавы со штреком является создание опоры для поддержания выработки, изолирование выработанного пространства от притока воздуха и уменьшение угрозы его самовозгорания , а также изолирование от попадания неконтролируемого и неуправляемого количества метана в поддерживаемый штрек. В литературе по горному делу применяют также термины «защитная полоса» [12], «бутовая полоса»[7] или же «подпорно-изоляционная полоса» [14,15].
Подпорные полосы изготовляемые с использованием вяжущих веществ во многих случаях вытеснили неэффективные системы на базе клетей деревянной костровой крепи, которые не обладают достаточной герметичностью. Однако их основным недостатком является большая деформация при полной нагрузке, что вызывает большую конвергенцию выработки.
В качестве вяжущего вещества для изготовления рассматриваемых полос применяют:
-ангидрит в виде порошка или крошки с добавкой активаторов [5];
-минерально-цементные вяжущие вещества, которые приобретают в виде готовых быстросхватывающих сухих смесей, отличающихся высоким выходом (до 4,5 м3с 1 т смеси) или обычные вяжущие вещества на базе цемента со специальными добавками, обеспечивающими высокую конечную прочность [15,16];
-вяжущие вещества на базе золы и цемента, которые в заводских условиях изготовляют в виде смеси специально подобранной золы из электростанции и цементов с добавками [7,8].
Недостатком технологии поддержания сборных штреков с использованием подпорных полос из вяжущих веществ является необходимость поставки большого количества материалов, обеспечения быстрого прироста прочности закладочного материала во времени.
Один из способов ограничения влияния перечисленных недостатков заключается в смещении подпорной полосы в сторону выработанного пространства , что позволяет уменьшить длину породной плиты со стороны завала (рис. 1)
Рис. 1. Рис. 1. Поддержание нижнего штрека на шахте «Анна» [7],
Тип крепи: арочная крепь LP8/V29, расстояние между арками равно 0,8 м, глубина ведения горных работ около 1000 м. Крепь перед фронтом лавы усилена с помощью стальных подхватов. Первый подхват установлен на верхнем сегменте арки со стороны эксплуатируемой лавы, на расстоянии около 0,5 м над соединяющей скобой, второй – на боковом сегменте арки расположенном со стороны противоположной выработанному пространству. Дополнительно применено так называемое «неглубокое анкерование» кровли с использованием 3 анкеров длиной 2,2 м, устанавливаемых между крепежными рамами и «высокое анкерование» канатными анкерами длиной 4,5 м, устанавливаемыми с шагом 3,2 м (в пространстве междукаждой четвертой аркой).
В выработке за фронтом лавы проводились следующие работы:
– удаление взрывным методом породной плиты;
– возведение бутовой полосы из смеси Utex 15 шириной 1,5 м, входящей в габариты штрека;
– установка двух рядов стоек трения типа SV под усиливающими подхватами на расстоя-
нии через одну арку;
– поддирка почвы поддиро-погрузочной машиной.
Недостатки традиционных костров, такие как большая деформация (сжимаемость), невысокая устойчивость и невозможность обеспечения герметичности (изолирования выработанного пространства), привели к разработке конструкций костров, в которых элементы костра изготовлены из твердых пород дерева типа бук или дуб. Они опираются друг на друга по всей длине и соединены замком в лапу.
Положительные эффекты применения подпорных полос с использованием клетей костровой крепи получены для варианта когда костры соединены между собой вяжущим веществом (например ангидритом). Такое решение внедрено на нескольких польских шахтах.
Увеличение глубины эксплуатации, ухудшение горно-геологических условий, необходимость обеспечения большого сечения штреков (например применение струговой установки требует сохранения ширины минимум 5 м и высоты штрека 4 м) требуют применения для поддержания штреков специальных мероприятий:
– подпорных стоек с тяжелых корытных профилей (V36) с высокими прочностными параметрами (предел текучести минимум 480 МПа, предел прочности около 650 МПа);
– механизированной закладки с использованием распорных рукавов, устанавливаемых за верхними элементами арочной крепи;
– тяжелой сетки-затяжки специальной конструкции , соединяемой между собой;
– неглубокого анкерования (длина анкеров около 2,7 м) для соединения отдельных слоев породы;
– глубокого анкерования (длина анкеров около 6 м) вместе с подхватами соединяющими рамы арочной крепи по длине штрека [10,11,13].
За лавой применяется система, включающая:
– крепление с использованием отличающихся высокой несущей способностью клетей костровой крепи из букового дерева [6,10,13], заполненных минеральным вяжущим веществом с высокой прочностью (минимум 40 МПа);
– усиление подпорными стойками между кострами;
– усиление подпорными стойками рам арочной крепи штрека;
– усиление подпорными стойками рам арочной крепи штрека;
Список использованной литературы
1. Barton R., Bywalec E., Gluch P.: Pierwsze doswiadczenia ze stosowania stojaków podporowych PINK-AS do utrzymania chodników przyscianowych wjednostronnym otoczeniu zrobów w KWK „Sosnica”
2. Giza D., Gluch P. : Stojaki podporowe o wysokiej nosnosci. Konferencja Geomechanika 2011. Ustron, 2011
3. Р. Глух, Д. Гиза, Ю.М. Халимендик. Испытание стоек усиления из СВП. – Науковий вісник НГУ. Дніпропетровськ. №4, 2011. – С. 53-56.
4.Gluch P.: Aktywna ochrona chodników przyscianowych dla utrzymania ich wjednostronnym sasiedztwie zrobów, Miesieczniki WUG 2000, nr 8. asiedztwie zrobów, Miesieczniki WUG 2000, nr 8
5. Homa D., Janiczek S., Majchrzak R., Piatkiewicz Z.: Spoiwa anhydrytowe oraz urzadzenia do ich transportu pneumatycznego systemu :POLCO” w górnictwie podziemnym. PAN Oddzial w Katowicach 1987.
6. Kozek B., Ruchel A.: Wykonywanie i utrzymywanie chodników przyscianowych w kopani Lubelski Wegiel Bogdanka S.A. - dotychczasowe doswiadczenia. Szkola Eksploatacji Podziemnej Kraków 2011r .
7. Kubek E., Grycman J., Szurman Z.: Metody i srodki oraz doswiadczenia w zakresie utrzymania chodników przyscianowych za frontem sciany w warunkach kopalni wegla kamiennego „Anna”, Przeglad Górniczy 2004, nr 9.
8. Madaj M.: Optymalizacja szerokosci ochronnego pasa podporowego, Zeszyty Naukowe Pol. Sl. Seria Górnictwo z.261, 2004.
9. Matuszewski J., Maka B., Gluch P.: Utrzymanie chodnika przyscianowego 23b w jednostronnym otoczeniu zrobów dla wybierania sciany 23 i 24 w pokladzie 405/1 w kopalni Knurów, Materialy konferencyjne, Nowoczesne Technologie Górnicze 2006