Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние изученности вопроса 10
1.1. Факторы, определяющие пучение, классификационные признаки 10
1.1.2. Изученность вопроса 12
1.2. Способы борьбы с пучением пород 22
1.3. Способы борьбы с пучением пород путем их разгрузки 22
Глава 2. Теоретические аспекты проблемы пучения 36
2.1. Механизм пучения 36
Выводы по главе 56
Глава 3. Исследование возможности уменьшения напряжений в породах почвы выработки путем крепления сталеполимерными анкерами кровли и боков выработки 58
3.1. Методика моделирования 58
3.2. Результаты наблюдений 65
3.3. Анализ результатов моделирования 81
Выводы по главе 100
Глава 4. Методика опытно-промышленных испытаний предложенного способа крепления подготовительных выработок 101
4.1. Методика опытно-промышленных испытаний предложенного способа крепления подготовительных выработок 101
4.2. Исследования проявлений горного давления в подготовительных выработках при принятом способе их крепления. Шахта «Комсомольская» 101
4.3. Шахта «Заполярная» 109
4.4. Разработка экспериментальных паспортов крепления 114
4.5. Горно-геологические условия проведения эксперимента 114
4.6. Горно-геологические условия и разработка экспериментального паспорта крепления конвейерного штрека 214-е пласта «Тройного» 118
4.7. Результаты исследований проявлений горного давления на экспериментальных участках 121
4.8. Оценка эффективности предложенного способа борьбы с пучением пород почвы 125
Выводы по главе 126
Заключение 127
Список использованных источников 130
- Способы борьбы с пучением пород путем их разгрузки
- Исследования проявлений горного давления в подготовительных выработках при принятом способе их крепления. Шахта «Комсомольская»
- Горно-геологические условия и разработка экспериментального паспорта крепления конвейерного штрека 214-е пласта «Тройного»
- Оценка эффективности предложенного способа борьбы с пучением пород почвы
Введение к работе
Актуальность работы. При разработке угольных месторождений довольно часто встречаются деформации пород в виде выдавливания их внутрь выработок – пучение. Обычно оно наиболее интенсивно проявляется со стороны почвы угольного пласта в подготовительных выработках. Вследствие особенностей генезиса угольных месторождений непосредственная почва пластов, как правило, сложена более слабыми по сравнению с остальными породами разностями. Кроме того, в них развиты зоны сдвига, вызванные разной степенью уплотнения пород и последующими тектоническими процессами.
Пучение пород почвы чрезвычайно усложняет ведение горных работ, опыт показывает, что уже при достижении в выработках величин пучения более 300 - 350 мм необходимо применение специальных мер борьбы с ним.
Многочисленные наблюдения в горных выработках показали, что интенсивность и абсолютная величина перемещений при пучении связаны с большим количеством горно-геологических и производственных факторов. В настоящее время раскрыт механизм пучения, выявлены и определены основные закономерности, разработаны методики прогноза и обоснованы возможные способы борьбы с пучением для различных глубин ведения горных работ и типов вмещающих пород. При этом было доказано, что наибольший эффект в борьбе с пучением достигается путем разгрузки вмещающего выработку массива от высоких напряжений. В качестве способов разгрузки предлагаются: проведение разгрузочных выработок, создание различного рода щелей и скважин, взрывание пород с образованием в почве зон дробления и т.п. Данные решения характеризуются весьма сложной технологией работ, большой трудоемкостью и стоимостью.
Это приводит к тому, что в практике эксплуатации угольных шахт основным способом по-прежнему остается подрывка вспучившихся пород, т.е. ликвидируются последствия этого явления, а не его причины. При этом достигается только кратковременный и незначительный эффект, а в долгосрочной перспективе на борьбу с пучением расходуются большие материальные и трудовые затраты.
В последнее время в научной и технической литературе появились сведения об успешном применении способа борьбы с пучением путем крепления кровли сталеполимерной анкерной крепью высокой несущей способности. Однако в работах не приведены объяснения этого эффекта (авторы не могут его объяснить), не разработаны методики расчета параметров и схем анкерного крепления, приводящие к возникновению указанного эффекта, не определена область применения данного способа.
Решению этих задач и посвящена данная работа.
Диссертационная работа выполнена в рамках темы НИР 17.05 «Исследование геомеханических процессов подземного пространства, влияние этих процессов на сопутствующие среды и земную поверхность», выполняемой в Шахтинском институте ЮРГТУ (НПИ) по заданию Федерального агентства по образованию.
Цель работы: обоснование эффективных способов борьбы с пучением пород почвы в подготовительных выработках угольных шахт, обеспечивающих снижение затрат при их эксплуатации.
Идея работы: снижение концентраций напряжений в боках подготовительной выработки и давления на почву пласта, приводящих к развитию ползучести пород почвы, достигается увеличением площади опоры кровли на бока выработки за счет упрочнения слоистой структуры пород кровли сталеполимерной анкерной крепью с обоснованными параметрами.
Задачи исследований. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
1. Выполнить анализ механизма и схем возникновения пучения пород почвы и установить причинно-следственную связь этого явления с природными и техногенными факторами.
2. Исследовать закономерности изменения нагрузок на почву выработки путем разработки рациональных схем и параметров крепления кровли сталеполимерной анкерной крепью.
3. Разработать рекомендации по борьбе с пучением почвы выработок путем крепления ее кровли сталеполимерной анкерной крепью высокой несущей способности.
4. Определить область применения и выполнить оценку экономической эффективности разработанных решений.
Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий анализ состояния вопроса способов борьбы с пучением, натурные эксперименты в условиях шахт «Комсомольская» и «Заполярная», моделирование с помощью эквивалентных материалов в лабораторных условиях; аналитические методы прогнозирования устойчивости пород в окрестности выработок, статистический анализ данных натурных и лабораторных исследований.
Защищаемые научные положения:
1. Влияние искусственной зоны разгрузки в угольном пласте на пучение почвы подготовительной выработки заключается в уменьшении ширины зоны ее разрушения от сдвига под пластом, уменьшении коэффициента разрыхления пород при разрушении под воздействием сжимающих напряжений от изгиба в результате более плавного перехода ее от зоны опорного давления к зоне разгрузки, при этом в зоне разгрузки величина горизонтальных напряжений даже в непосредственной почве у границ с зоной опорного давления является близкой к исходной, равной .
2. Уменьшение напряжений в боках выработки и снижение давления на ее почву можно обеспечить путем крепления кровли сталеполимерными анкерами глубокого заложения, высокой (более 100 кН), несущей способности, устанавливаемыми под углом 45 - 50 к горизонтальной оси, при этом проекция анкера на горизонтальную плоскость определяет ширину разгруженной зоны в боках выработки.
3. Интенсивность и величина пучения пород почвы определяется отношением между глубиной анкерования кровли и шириной выработки, при этом с увеличением этого соотношения с 0,25 до 0,55 величина пучения снижается в 2 раза, а при величине отношения менее 0,25 установка анкеров практически не влияет на пучение почвы.
Научная новизна работы:
1. Установлено, что на больших глубинах в породах средней крепости эффективным способом борьбы с пучением почвы является разгрузка массива от высоких напряжений путем создания в боках выработки разгруженных зон шириной 1,0 - 1,2 hpазл.max, где hpазр.max – возможная глубина разрушения пород почвы.
2. Доказано, что проекция на горизонтальную плоскость анкера длиной равной 0,5В и более, где В – пролет выработки, установленного под углом 45 - 500 к горизонту характеризует ширину разгруженной зоны в боках выработки, при этом имеет место выравнивание давления по ширине этой зоны, что уменьшает нагрузку на бока и почву выработки, а пик давления перемещается в сторону массива на расстояние (0,550,6)В, при этом наибольший эффект разгрузки достигается, когда горизонтальная проекция анкерной крепи по длине превышает расстояние от стенки выработки до области максимума опорного давления.
3. Получена зависимость уменьшения величины пучения пород почвы от отношения между длиной наклонно установленных сталеполимерных анкеров и шириной подготовительной выработки.
Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается использованием апробированных аналитических и экспериментальных методов, представительным объемом данных, полученных в лабораторных и натурных условиях (выполнены исследования на 4 моделях из эквивалентных материалов и 20 замерных станциях в угольных шахтах), хорошей сходимостью расчетных и фактических параметров работы анкерной крепи выработок, положительным результатом промышленных испытаний предложенного способа борьбы с пучением пород почвы.
Практическое значение работы заключается в:
– разработке способа борьбы с пучением пород почвы путем крепления кровли сталеполимерной анкерной крепью высокой несущей способности;
– разработке методики расчета параметров крепления кровли подготовительной выработки с учетом уменьшения прогнозной величины пучения почвы;
– разработке и промышленном испытании паспортов крепления выработки на экспериментальных участках, позволивших уменьшить величину пучения пород почвы и снизить затраты на поддержание выработок.
Реализация работы. Результаты работы использованы при креплении кровли анкерной крепью на шахтах ОАО «Норильский никель» и «ЮжКузбассуголь».
Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены на международных научных симпозиумах и конференциях: «Неделя горняка» (г. Москва, 2009 - 2010 гг.); 57 - 59 научные конференции Шахтинского института Южно-Российского государственного технического университета (г. Шахты, 2007 - 2009 гг.); «Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений» (ДонНТУ, 2007 г.); на открытом техническом совещании ОАО «Воркутауголь», 10 - 12 сентября 2009 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 133 страницах машинописного текста, содержит 1 таблицу, 36 рисунков, список использованных источников из 55 наименований.
Способы борьбы с пучением пород путем их разгрузки
В России этот способ, по-видимому, впервые широко исследовал М.А. Комиссаров. Сущность способа заключается в бурении в угольном пласте на некотором удалении от забоя проводимой выработки ряда скважин диаметром 200-гЗОО мм с оставлением между ними целиков угля примерно такой же ширины. Если в выемочной выработке пучение пород начинается после прохода очистного забоя, то скважины можно бурить позади этого забоя. Рекомендуемые различными авторами длины скважины колеблются от 4 до 12 м.
Механизм рассматриваемого способа разгрузки пород, как и некоторых других способов, рассматриваемых ниже, состоит в уменьшении нагрузки, передаваемой на почву в боках выработки. Концентрация напряжений переносится дальше от выработки на расстояние, примерно равное длине разгрузочных скважин. Поскольку в зоне разгрузки действуют остаточные напряжения, то концентрация напряжений за ее пределами меньше, чем была около выработки до бурения скважин. Следовательно, пучение пород почвы будет снижаться как за счет снижения концентрации напряжений, так и в результате его распределения по большей площади, т.е. по ширине выработки и зонам разгрузки.
К сожалению, надежного метода для определения параметров этого способа борьбы с пучением не разработано, поэтому его испытания далеко не всегда приводят к положительным результатам. Для реализации способа требуется громоздкое оборудование, что препятствует его использованию в стесненных условиях проходческого забоя, поэтому он не нашел широкого применения. Кроме того, по условиям безопасности скважины необходимо заполнять инертным материалом, что дополнительно усложняет проведение этих работ.
Возможно, что в определенных условиях, как показывает моделирование, достаточно бурить скважины диаметром до 100 мм. Если эту возможность можно было бы использовать, то технические трудности будут заметно меньше.
Вместо ряда скважин в угольном пласте может образовываться сплошная щель [43]. Для тонких угольных пластов в тяжелых условиях (большая глубина разработки и низкая прочность пород) глубину щели рекомендуется принимать 4-4,5 м, а высоту - 0,1-0,15 м. Принятая высота щели обеспечивает расслоение кровли и снятие напряжений. Естественно, что при применении этого способа необходимо увеличивать сечение выработки в проходке и применять крепь повышенной податливости (например, пятизвенную арочную).
Применение разгрузочных берм. Этот способ аналогичен широко известному проведению выработок широким забоем, хотя в последнем случае обычно преследовалась другая цель — размещение породы, получаемой при проходке. Механизм воздействия на почву выработки подобен описанному выше. Однако в этом случае кровля выработки поддерживается в ее боках более податливыми опорами (породными полосами, кострами), поэтому ее смещения довольно велики и требуют применения крепи с высокой податливостью.
Один из вариантов этого способа был предложен еще в начале 60-х годов в ИГД им. А.А. Скочинского. Этот вариант был предназначен для выемочных выработок, проводимых позади очистного забоя при сплошной системе разработки, хотя его модификации можно применять и в других выработках. Согласно предложению со стороны массива угля или целика извлекается часть пласта на глубину 4-6 м, и у края образующейся бермы выкладываются костры, заполняемые породой. Выработка крепится арочной крепью, которая устанавливается на костры, поэтому податливость системы обеспечивается сжатием костров.
Испытания способа в Донецком бассейне подтвердили его эффективность и правильность выбранных параметров, установленных на моделях из оптически чувствительных материалов. Однако из-за технических трудностей, большой трудоемкости, сложностей вентиляции очистного забоя и ведения в нем работ по выемке угля этот способ также не нашел применения
Большие возможности применения способ разгрузки пород при помощи берм (раскосок) имеет при проведении магистральных выработок, например, уклонов или бремсбергов, охраняемых целиками или массивами угля. Опытно-промышленная проверка этого способа проведена на шахте им. 50-летия Октября [44] на опытных участках уклона длиной не менее 40 м. Ширина раскосок составляла 2,5; 5,0 и 7,5 м. Их крепили деревянными стойками с верхняками, а также спаренными бетонными блоками. В результате выполнения работы были установлены зависимости проявлений горного давления, в том числе и пучения, от ширины раскоски и сформулированы требования к крепи. Исследованиями на моделях из вальцмассы [45] установлено, что требуемая ширина раскоски находится в прямой зависимости от мощности пород непосредственной почвы.
Применение компенсационных выработок. В угольных шахтах США пучение пород почвы подготовительных выработок стали наблюдать сравнительно недавно при глубинах их заложения более 300 м и при переходе на разработку угольных пластов длинными лавами с оставлением целиков для охраны выработок. В последнем случае обычно применяют способ подготовки выемочных столбов тремя или более параллельными выработками с оставлением между ними довольно широких целиков (более 15 м), т.е. тот же способ, который используется при подготовке панелей для камерно-столбовой системы разработки.
В этом случае для уменьшения пучения почвы в рабочих выработках применяются различные комбинации узких податливых и широких жестких целиков. Например, если нужно охранять центральную выработку, то около нее оставляются податливые целики, а за боковыми выработками - жесткие. Такое расположение целиков обеспечивает механизм нагружения и пучения почвы, аналогичный описанному выше способу разгрузочных берм, но роль костров здесь выполняют податливые целики.
При необходимости охраны двух выработок между ними оставляется жесткий целик, а за ними - податливые целики и т.п., т.е. в каждом варианте около охраняемой выработки один или два целика должны быть податливыми.
Еще одним из вариантов применения компенсационных выработок является примененный на шахте № 5 фирмы Jim Walter (США) при применении камерно-столбовой системы разработки [46]. В подготовительных трех-четырех параллельных выработках наблюдалось сильное пучение, которое через 3 месяца достигало мощности пласта. Применение анкерной крепи для крепления почвы не дало эффекта. Поэтому была использована система ведения подготовительных работ, при которой сначала проходили крайние выработки шириной 6 м, а затем центральные с оставлением целиков между ними шириной 6 м.
Исследования проявлений горного давления в подготовительных выработках при принятом способе их крепления. Шахта «Комсомольская»
Исследования устойчивости парных выработок выполнялись в выемочном столбе 312-ю пласта Четвертого шахта «Комсомольская». Система разработки — столбовая, с отработкой столба по простиранию. Длина выемочного столба - 1350 м, длина лавы — 200 м. Мощность пласта - 1,45 м. Угол падения пласта по простиранию 2-3, по падению 4-8. Вмещающие породы в выемочном столбе 312-ю представлены преимущественно алевролитами и песчаниками. Непосредственно над пластом залегает слой аргиллита мощностью 0,16-0,54 м и прочностью f = 3 «ложная кровля»; непосредственная (основная) - алевролит мощностью 13,2 м, прочность которого f = 5— 6,3. В почве пласта залегает алевролит мощностью 2,5 м, прочностью f = 6-6,5 и песчаник, мощность которого достигает 6,1 м при прочности f = 8-9. Местами алевролит непосредственной почвы замещается песчаником. Глубина ведения работ 1030 м. Подготовка выемочного столба осуществляется на длине 730 м парными выработками с оставлением целика между ними шириной 6 м. В соответствии с проектом подготовки лавы выше конвейерного штрека 312-ю (КШ-312-ю) пройден с опережением очистных работ (конвейерный штрек 312-ю «бис»). КШ-312-ю после отработки лавы 312-ю пласта Четвертого будет служить в качестве вентиляционного штрека при отработке нижней лавы, поэтому была поставлена задача по поддержанию его в эксплуатационном состоянии. Штрек 312-ю «бис» при отработке лавы 312-ю служит для изолированного отвода метана из выработанного пространства лавы. По мере подвигания очистного забоя он закрещивается и по нему запрещен проход людей. Через каждые 50-60 м оба штрека сбивались сбоечными печами. Конвейерный штрек 312-ю пройден сечением 12,8 м", закреплен металлической арочной крепью КМП-АЗ из СВП-27 с плотностью 1,5 р/м. КШ-312-ю «бис» пройден сечением 10,3 м , закреплен крепью КМП-АЗ с плотностью 1,5 р/м. Штрек проходился с опережением забоя лавы на расстояние 30 40 м и до 200 м. Всего пройдено, считая монтажной камеры, - 735 м.
Охрана КШ-312-ю «бис» осуществлялась однорядной органной крепью, устанавливаемой на расстоянии 0,6-0,7 м от рамной крепи. Дополнительно по берме пробивался ряд стоек под деревянный брус с расстоянием между стойками по 0,63 м. Кроме того, для усиления крепи на КШ-312-ю «бис» пробивались за лавой ремонтипы под каждую раму. После отхода лавы на 350 м от монтажной камеры ремонтины перестали устанавливать, так как дополнительная жесткость крепи в поддерживаемой выработке у выработанного пространства отрицательно сказывались на устойчивости КШ-312-ю, а также способствовала деформации арочной крепи на КШ-312-ю «бис». По КШ-312-ю крепь усиления не устанавливались не впереди, ни за лавой по техническим причинам (могла препятствовать транспортировке материалов), за исключением участков сопряжения штрека с печами и впереди лавы на участках, расположенных в 7-80 и 30 40 м от забоя проводимого штрека 312-ю «бис».
Для оценки влияния принятого способа подготовки и отработки выемочного столба 312-ю пласта Четвертого на устойчивость выработок при принятой технологии их поддержания проводились обследования состояния выработок, а также периодически выполнялись инструментальные наблюдения за смещением почвы, кровли, просадками крепи и ее работоспособностью на различных расстояниях отхода лавы от монтажной камеры. Графики смещений кровли и почвы в КШ-312-ю представлены на рисунке 4.1. Как видно, заметные смещения кровли отмечаются на расстоянии 60-80 м впереди лавы и на уровне очистного забоя смещения кровли в штреке постепенно увеличиваются и на расстоянии 180-200 м за лавой 500-7-550 мм.
Смещения почвы впереди лавы происходили более интенсивно, чем смещения кровли. Так на расстоянии 60 м впереди лавы они составили 50 мм, на уровне забоя лавы - 300 мм и на расстоянии 150 м после прохода лавой створа замерной станции, величина пучения почвы достигли 800 мм. Результаты наблюдений в конвейерном штреке 316-ю представлены в виде графиков смещений кровли и почвы на рисунке 4.2. Как видно, здесь, как и в предыдущем случае, рост смещений кровли зафиксирован на расстоянии 60-80 м впереди очистного забоя.
Горно-геологические условия и разработка экспериментального паспорта крепления конвейерного штрека 214-е пласта «Тройного»
Пласт, «Тройной» отрабатывается системой разработки длинными столбами по простиранию. Лава отрабатывается механизированным комплексом ОКП-70. Длина столба 1750 м. Конвейерный штрек поддерживается за лавой для повторного использования. Мощность пласта «Тройного» 2,5 м, представлен двумя пачками угля полублестящего полосатого с углисто-глинистым прослоем между ними. Непосредственная кровля аргиллит мощностью до 2,6 м прочностью на сжатие Rc - 30 40 МПа; основная кровля алевролиты и песчаники мощностью 4,2 — 12 м Rc - 50-60 МПа. Непосредственная почва мощностью 1,5 м представлена аргиллитами и алевролитами Rc - 30-40 МПа, ниже залегают песчаники R - 60-90 МПа. Почва склонна к пучению. Глубина работ 690 м. Сечение выработки прямоугольное, площадь сечения 10 м (ширина -4,0 м, высота 2,5 м). Определяем Rck по формуле: Так же как в предыдущем случае в соответствии с «Инструкцией...» принимаем расчетные смещения кровли Uk = 300 мм. По номограмме (рисунок 1 «Инструкции...») определяем сопротивление анкерной крепи и длину анкеров Количество анкеров в ряду в кровле в соответствии с п. 7.2.3 «Инструкции.. .» принимаем равным 4. Принимается сталеполимерная анкерная крепь несущей способностью 100 кН, с закреплением по всей длине шпура. Определяем требуемое расстояние между рядами анкеров в кровле анкеров по условиям минимальной плотности: Ск = пк/п В - 4/0,7 4 = Принимаем расстояние между рядами анкеров равное 1,2 м. Для установки боковых анкеров с целью уменьшения пучения в соответствии с результатами исследований принимаем, что в данной выработке необходимо установить по два анкера с каждой стороны под углом 45. Длину анкеров определяем в зависимости от необходимой величины уменьшения пучения. В соответствии с формулами гл. 2 прогнозная величина пучения в зоне опорного давления составит около 900 мм.
Величина пучения, при которой нет необходимости применять специальные мероприятия по его снижению составляет 300 мм, в этом случае нам необходимо уменьшить величину пучения примерно на 600 мм. В соответствии с полученной зависимостью по графику, приведенному на рисунке 3.25, определяем необходимое соотношение между шириной выработки и требуемой длиной анкера в данном случае оно составит величину равную 0,75. Тогда требуемая длина анкера /а составит: Расстояние между анкерами в ряду в соответствии с «Инструкцией...» и проведенными исследованиями принимается равным 0,7 м, а расстояние между рядами анкеров в боках определяется по формуле: В соответствии с полученными данными на рисунке 4.5 представлен экспериментальный паспорт крепления конвейерного штрека 214-е. В выработках экспериментальных участков были оборудованы замерные станции. Замерные станции состояли из реперов забитых в кровлю и бока выработки. Репер представлял собой металлический штырь с утолщением на конце длиной 0,5 м. Концевая часть штыря была разделена на длину - 0,2 м, в щель вставлялся металлический клин, с помощью которого он закреплялся в шпуре. Выступающий конец штыря имел углубление для измерительной рулетки.
В бока выработки репера устанавливались на высоте 1,3 м от почвы выработки. Выступающая из шпуров часть репера имела отверстия для закрепления проволоки (нулевого уровня), между боковыми реперами натяги- валась проволока и затем, производились замеры от репера установленного в кровле до проволоки и от нее к реперу установленному в почву, таким образом, смещения кровли и почвы измерялись отдельно, а не суммарной конвергенцией. Измерения проводили рулеткой ВНИМИ, точность измерения +0,5 мм. Замерные станции оборудовались в выработках отдаленных от выработанного пространства целиком угля шириной равной « 3 т, где т -мощность пласта. Измерения начинались вне зоны опорного давления и по мере подвигапия смежной лавы попадали в эту зону. Наблюдения проводились до погашения выработки, примерно на расстоянии 8-10 м за створом отрабатываемой лавы. Частота наблюдений составляла 2 раза в неделю вне зоны опорного давления и ежесуточно, после попадания замерной станции в эту зону. Одновременно с инструментальными замерами смещений отмечались расстояния до забоя лавы, фиксировались случаи нарушений крепи, вывалы породы, отжимы угля с боков выработки, поднятия лавы и т.п. На рисунке 4.6 представлена схема замерной станции в конвейерном штреке 214-е. На рисунке 4.7. представлены результаты измерений смещений кровли и почвы на экспериментальных участках. Как видно, смещения кровли и почвы в зоне опорного давления начинаются на расстояниях 60-100 м от лавы и на уровне очистного забоя достигают 50- 250 мм. Стабилизация смещений происходит примерно в 100 м после прохода лавы. Наблюдения показали, что на экспериментальных участках величина пучения почвы и смещения кровли в 2,0-3,5 раза меньше чем на базовых. При величинах пучения отмеченных на экспериментальных участках не требуется осуществления специальных мероприятий по борьбе с пучением почвы. Кроме того, наблюдения показали, что на экспериментальных участках практически не наблюдалось таких явлений как раздавливание и деформации боковых стенок выработки, вывалы породы из кровли, повреждение и деформации анкерной крепи и ее элементов.
Оценка эффективности предложенного способа борьбы с пучением пород почвы
Проблема обеспечения непрерывной эксплуатации горных выработок в настоящее время особенно остро ощущается для шахт с пучащими породами почвы. Так 1999-2001 годы на каждые добытые 1000 т угля приходилось 12-15 метров подготовительных выработок. Многолетние наблюдения и оценка состояния горных выработок показали, что за последние 10-15 лет объем перекрепления и ремонта горных выработок составляет на каждые 1000 т угля 4,0-6,0 метров штрековых выработок. Затраты труда на ремонт и поддержание выработок на шахтах Восточного Донбасса составляет 450-600 чел-см на 1 км протяженности поддерживаемых выработок в год, или около 40-60 чел-см на 1000 т добычи угля. Аналогичная картина наблюдается на угольных шахтах других угольных бассейнов. Применение предлагаемого способа борьбы с пучением пород почвы позволяет, как показал опыт, снизить объем перекрепления выработок до двух раз. Экономическая эффективность применяемого способа борьбы с пучением определялась по выражению: Э = [(V-P-VP-n)]xg = 13x12000(1 -0.5)= 78тыс. руб. на 1000т V - объем работ подготовительных выработок в метрах на 1000 т угля; Р - стоимость 1 м подготовительной выработки, 12 тыс. руб. в ценах 1999 года; п - коэффициент снижения объема работ по перекреплению; g - доля стоимости работ по перекреплению выработки в общей стоимости ее проведения. 1. Проведенные исследования показали, что применяемые крепи МТПШ и КМП-АЗ не обеспечивают поддержание выработок в удовлетвори тельном состоянии. При этом величины смещений кровли и почвы на уровне забоя лавы составляли соответственно 150- -200 и 250-К300 мм, на расстоянии 150-180 м за забоем первой лавы эти величины достигали 300- 500 мм и 650-г800 мм. Подрывка пород почвы лишь на короткое время (2-3 месяца) обеспечивает удовлетворительное состояние выработок, процесс пучения по сле подрывки пород проявляется с еще большей интенсивностью и часто приводит к полной потере выработки их эксплуатационной способности. 2.
Экспериментальные участки, закрепленные по предлагаемым паспортам крепления сталеполимерной анкерной крепью длиной 2,4-2,5 м по кровле (4-5 анкеров) и 3,0-3,4 м установленных в бока (2 анкера в ряду) на расстоянии от кровли 0,5 м под углом 45 к горизонтальной плоскости находились в зоне опорного давления и сохраняли свою эксплуатационную способность в течение всего срока службы. При этом величина смещений кровли и почвы соответственно на уровне забоя составляли 50-т-ЮО мм и 200- 250 мм. На расстоянии 150 м за забоем лавы составляли 120-И50 и 250 350 мм, т.е. величина пучения почвы и смещения кровли оказались в 2-3,5 раза меньше, чем на базовых участках. При таких величинах смещений не требуется применение специальных мероприятий по борьбе с пучением. 3. Полученный в результате внедрения разработанных решений по борьбе с пучением пород почвы экономический эффект составил 78 тыс. руб. на 1000 тугля. Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании установленных закономерностей влияния сталеполимерной анкерной крепи, установленной в кровле подготовительных выработок, на изменение напряженно-деформированного состояния пород их боков и почвы решена задача снижения величин пучения пород почвы подготовительных выработок, что имеет существенное значение для шахтного строительства. Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем: 1. Выполнено аналитическое исследование процесса пучения в подготовительных выработках, определены стадии разрушения пучащих пород почвы, в результате чего установлено, что на больших глубинах в породах средней крепости эффективным способом борьбы с пучением почвы является разгрузка массива от высоких напряжений путем создания в боках выработки разгруженных зон шириной 1,0 - 1,2 hpa3pmax, где hpa3pmax — возможная глубина разрушения пород почвы. 2. Произведено моделирование процессов пучения пород почвы в подготовительных выработках методом эквивалентных материалов, на основании которого установлено, что уменьшение напряжений в боках выработки и снижение давления на почву пласта можно достичь путем изменения структуры пород кровли за счет их крепления сталеполимерными анкерами с заданными параметрами, установленными по разработанной схеме.
