Максимов А. П. Выдавливание горных пород и устойчивость подземных выработок

Максимов А. П. " Выдавливание горных пород и устойчивость подземных выработок " М. 1963г. ( стр. 5-13 )


ГЛАВА I

СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Общие сведения

В практике подземной разработки угольных и рудных месторождений довольно часто встречается деформация горных пород в виде выдавливания их внутрь выработок ("пучение"). Явление выдавливания пород наблюдается преимущественно в выработках, расположенных в глинах и глинистых сланцах, однако с увеличением глубины это явление встречается и в более крепких породах - песчано-глинистых, песчаных сланцах и даже в некоторых разновидностях песчаников.
Выдавливание горных пород начинается со стороны почвы выработки. Но со временем развиваются деформации пород в боках и кровле выработки и давление возрастает настолько, что крепь разрушается.
Наличие большого количества терминов для обозначения одного процесса ("пучение", "поддувание", реже "набухание горных пород", "вспучивание"), свидетельствует о том, что термины эти случайны и не отражают в достаточной мере природы явления. Чаще всего так называемое "поддувание" или "пучение" проявляется в виде выпирания или выдавливания из почвы мягких, пластичных или недостаточно прочных сланцевых горных пород под влиянием вертикального давления в боках выработки. Это выдавливание, как и выпирание грунтов из-под фундаментов зданий и сооружений, обусловливается недостаточной механической прочностью горных пород, которые не в состоянии оказать сопротивления действующему в боках опорному давлению. Такое объяснение явлению было дано П. М. Цимбаревичем. Оно не исключает возможности деформаций глинистых пород под влиянием набухания или других причин. Как известно, глины, у которых в числе породообразующих минералов содержится монтмориллонит, при впитывании влаги увеличиваются в объеме, набухают. Однако наблюдениями установлено, что чистое набухание глинистых пород не создает эффекта типичного выдавливания горных пород в выработку ни в качественном, ни в количественном отношениях. В результате исследований, проведенных Подмосковным научно-исследовательским угольным институтом (ПНИУИ) и Всесоюзным научно-исследовательским маркшейдерским институтом (ВНИМИ) на шахтах Нелидовского месторождения, было установлено, что выдавливание глин из почвы выработок за счет набухания могло составить всего 0,74 м3 в год на 1 м выработки, в то время как по фактическим замерам выдавливание породы внутрь выработки достигло в среднем 3,6 м3 в год, т. е. возможное участие набухания глин в явлении выдавливания их оценивается в 20-25% [1].
Литературные данные, а также исследования и наблюдения автора над явлением выдавливания горных пород на шахтах Донецкого, Львовско-Волынского и Никополь-Марганцевого бассейнов позволяют считать, что набухание горных пород является сопутствующим фактором, а не определяющим явление в целом. Так, например, многочисленные опыты с различными сланцами из шахт Донбасса не показали набухания этих пород.
На рис. 1 приведены выработки [2], деформированные в результате выдавливания горных пород. Иллюстрации наглядно характеризуют в типичной форме процесс интенсивного выдавливания горных пород внутрь выработок.
Процесс выдавливания пород со стороны открытой почвы развивается особенно сильно, как только выработка попадает в зону влияния очистных работ, и опорное давление по бокам выработки возрастает. Термин выдавливание горных пород, по нашему мнению, в большей степени, чем другие термины, отражает сущность явления, так как, по существу, это явление связано с вязкопластическим течением горных пород.
По интенсивности развития рассматриваемые процессы деформаций горных пород в подземных выработках разнообразны.
Наблюдаются случаи, когда породы начинают медленно выдавливаться внутрь выработок со стороны почвы в местах, где долгое время не было заметно никаких деформаций. Обычно это вызывается подтоплением выработки (ослабление массива пород в основании), попаданием ее в зону влияния очистных работ (увеличение опорного давления в боках) или совместным действием этих факторов. После подрывки породы, приведения в порядок водоотливных канавок и ремонта деформированной крепи явление выдавливания горных пород может прекратиться и выработка снова приобретает необходимую устойчивость. Такого рода процесс выдавливания горных пород наблюдался в выработках околоствольного двора на шахте "Россия" Селидовского района Донбасса в период ее строительства. В выработках околоствольного двора, закрепленных каменной и бетонной крепью, открытой со стороны подошвы, неожиданно появились на ряде участков признаки значительного выдавливания горных пород, что сопровождалось частичным разрушением бетонной крепи в виде трещин и разломов. При обследовании обнаружилось скопление большого количества воды в выработках: водоотливные канавки были в запущенном состоянии и не выполняли своих функции.