О ПРОЯВЛЕНИЯХ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ В
ВЫЕМОЧНЫХ ВЫРАБОТКАХ ГЛУБОКИХ
ШАХТ ДОНБАССА

 

Одной из главных задач совершенствования подземной угледобычи в условиях глубоких шахт остается создание эффективных способов и средств обеспечения устойчивости выемочных выработок, которые обслуживают комплексно-механизированные очистные забои, работающие с высокой нагрузкой [1-10].

Опыт ведения горных работ на таких глубоких шахтах, как им. А.А. Скочинского, «Октябрьская», им. М.И. Калинина, им. А.Г. Стаханова, «Прогресс», «Шахтерская-Глубокая» и др. показывает, что суммарная трудоемкость работ по ремонту и перекреплению выемочных выработок составляет около 70% общих трудозатрат на их проведение.

Применяемые в настоящее время способы и средства сохранения устойчивости выработок в зоне влияния очистных работ глубоких шахт по виду или характеру противодействия проявлениям горного давления в выемочных выработках можно разделить на две группы.

К первой группе следует отнести те способы и средства, которые предусматривают активное силовое противодействие проявлениям горного давления увеличением несущей способности крепи выработки и жесткости охранных конструкций на сопряжениях лавы с выработанным пространством [1-5].

Вторая группа может быть представлена геомеханическими способами, которые направлены на благоприятное перераспределение напряжений в окружающих выработку породах для обеспечения ее устойчивости за счет создания различных региональных или локальных зон разгрузки [6-8].

Активные силовые способы сохранения устойчивости выработок характеризуются режимом нарастающей нагрузки при постоянной или незначительно увеличивающейся деформации. К числу этих способов относится применение крепи повышенной несущей способности; рамно-анкерной крепи, индивидуальных и гидравлических крепей усиления на сопряжениях лав с выемочными выработками; применение различного вида предварительного и последующего распора крепи и боковых пород; использование инъекционного упрочнения слабых пород; тампонаж закрепного пространства. Однако при достижении предельных нагрузок происходит интенсивное разрушение боковых пород, крепи и опорных конструкций, что сопряжено с необходимостью выполнения больших объемов высокозатратных и небезопасных работ по ремонту и перекреплению выработок.

В качестве искусственных охранных сооружений используются полосы из дерева, породы, твердеющих и жестких материалов. Кроме того, к этим охранным сооружениям относятся многорядная органка, накатные костры, бутокостры, кустокостры, полосы из железобетонных блоков (БЖБТ).

Однако, как показал опыт разработки угольных пластов в условиях глубоких шахт, даже из такого разнообразия опорных конструкций не возможно выбрать один способ, обеспечивающий безремонтное поддержание выемочных выработок в зоне влияния очистных работ [8-10].

Из геомеханических способов сохранения устойчивости капитальных и подготовительных выработок в зоне вредного влияния на них очистных работ наибольшее распространение в настоящее время получили способы проведения выработок полевыми, вприсечку к выработанному пространству ранее отработанных лав и по обрушенным и уплотненным породам выработанного пространства.

Полевое проведение выработок, с различным расположением их относительно элементов залегания пласта и с учетом последующего влияния временного фактора и очистных работ на деформационные процессы, происходящие на контуре и в окрестности выработки, и во многом предопределяющие ее устойчивость, было рассмотрено многими исследователями и опробовано на значительном количестве шахт. Полевыми проводятся преимущественно капитальные горные выработки со значительным сроком службы.

В последние годы широкое распространение получило проведение подготовительных выработок (в основном вентиляционных) вприсечку к выработанному пространству ранее отработанных лав с оставлением ленточных угольных целиков незначительных размеров обычно не превышающих мощности пласта, а при отработке пожароопасных пластов - без целиков, вплотную к погашенной выработке. Анализ опыта применения этого способа охраны [2, 3, 5, 7] показывает, что его эффективность заключается в возможности проведения выработок в приконтурной части трещиноватого массива в зоне действия минимальных значений остаточного опорного давления. Величина отставания забоя проводимой выработки от движущегося забоя лавы в основном определяется шагом установившейся посадки пород основной кровли и связанными с ним деформационными процессами в выработанном пространстве и по данным ВНИМИ [2, 5] составляют обычно при легкообрушающейся кровле - 60 м, при среднеобрушающейся - 80 м и при труднообрушающейся - 120 м. Пробленым вопросом при этом является невозможность предварительного проведения присечных выработок навстречу двигающимся очистным забоям, что приводит к увеличению сроков подготовки новых лав.

При выемке угольных пластов со слабыми боковыми породами на больших глубинах разработки применение традиционных способов крепления и охраны, сопряжено со значительными затратами на ремонты и перекрепление подготовительных выработок в зоне вредного влияния очистных работ. В условиях глубоких шахт опорбован способ проведения и охраны подготовительных выработок по обрушенным и уплотненным породам выработанного пространства [2, 5]. Исследования особенностей механизма деформирования боковых пород на контуре и в окрестности выемочных выработок позволили установить, что при проведении этих выработок с отставанием от лавы на 150 - 200 м и на расстоянии 10 - 12 м от погашенных временных подготовительных выработок величина смещений пород кровли и почвы не превышает конструктивной податливости трехзвенной арочной крепи (до 300-500 мм), что означает, практически, безремонтное поддержание. Однако этот способ не нашел широкого распространения на практике из-за сложности организации горно-проходческих работ, подземного транспорта, проветривания участковых выработок и большого объема ручных работ при проведении временных подготовительных пластовых выработок.

В настоящее время на многих глубоких шахтах Донбасса продолжается применение высокозатратных и неэффективных способов охраны и поддержания подготовительных выработок полосами из деревянных клетей из круглого леса или шпального бруса в сочетании с чураковыми изоляционными стенками шириной 0,8-1,2 м. Размер клетей в плоскости пласта принимается 1,5 или 2 м, а расстояние между ними по простиранию - 2,4 м. При мощности пласта менее 2 м возводится 1 ряд клетей (рис. 1). Вплотную к крепи выработки возводится чураковая стенка из стоек длиной равной половине мощности пласта, но не менее 0,6 м, затем ряд бутоклетей, а со стороны выработанного пространства – один реже два ряда обрезной органной крепи.

Опыт эксплуатации и инструментальные наблюдения за прояв-лениями горного давления при данном способе охраны показывают, что вертикальные смещения боковых пород в подготовительных выработках составляют 1,8-4,2 м (при смещениях почвы до 60-75%) [2, 8].

Горизонтальные смещения достигают 1,2-2,8 м, причем боковые смещения со стороны лавы (особенно в транспортных выработках) сопряжены с выдавливанием в полость выработки ножки арочной крепи, а со стороны массива происходит выдавливание пород кровли по их напластованию с образованием породных складок. Все это приводит к необходимости проведения многократных подрывок пород почвы и перекреплению значительных участков поддерживаемых выработок.

Охрана выработок бутовыми полосами наиболее эффективна при использовании специального оборудования для ее возведения (заклодочные комплексы «Титан» или барабанные закладочные машины ДЗМ), которое обеспечивает высокую плотность закладки – порядка 0,7-0,75 и способствуют созданию плотных широких породных опор по бровкам поддерживаемых выработок [2, 5, 9,10]. Схема способа охраны бутовыми полосами представлена на рис. 2.