Асп. А.В. Захаренко (ДонГТУ), студ. С.В.Захаренко (ДонГТУ)
Анализ состояния горных выработок проведенный на шахтах ГХК "Донуголь" [1] показал, что в настоящее время несмотря на снижение количества действующих очистных забоев и объема проведения горных выработок в 2 и более раза, наблюдается рост протяженности поддерживаемых горных выработок находящихся в неудовлетворительном состоянии. Такое положение связано, как с увеличением сроков службы выработок и сокращением объемов ремонтных работ, так и с отсутствием эффективных способов охраны выработок обеспечивающих их безремонтное поддержание в течение всего срока службы.
Поэтому перспективным направлением при решении данного вопроса является разработка рекомендаций по своевременному применению локальных способов охраны на основе учета геомеханического состояния вмещающего массива в различные периоды эксплуатации выработок, обеспечивающих максимальное использование несущей способности системы "породный массив - крепь".
Учитывая, что неудовлетворительное состояние горных выработок в основном связано с пучением пород почвы были проведены лабораторные исследования продолжительности эффекта способа борьбы с пучением - взрыво-щелевой разгрузки.
Исследования проводились на моделях из эквивалентных материалов для следующих условий: ширина выработки В=3.5-5.0 метра, критерий устойчивости kgH/sсж = 0.4-0.8. В результате был установлен следующий механизм технического эффекта от локальной разгрузки пород почвы во времени. В начальный момент времени после реализации ВЩР смещения пород контура выработки в кровле происходит равномерно, без интенсивного расслоения пород, но с большей скоростью, чем в контрольной выработке. При этом породы на контуре экспериментальной выработки нарушены в меньшей степени, чем в контрольной. В этот же период в почве выработки разрушение пород на контуре не происходит, а плавное их поднятие на небольшую величину вызвано разрушением их на уровне расположения зарядов ВВ в разгрузочных шпурах. В дальнейшем, в результате переуплотнения пород в зоне разгрузки, разрушение начинает развиваться более интенсивно в направлении из глубины массива к контуру выработки. При этом наблюдается увеличение скорости смещений на контуре почвы выработки, что свидетельствует о начале окончания эффекта разгрузки. Этот процесс приводит к интенсивному расслоению пород на контуре выработки. К этому моменту эффект разгрузки в боках уже себя исчерпал. В почве начинается процесс складкообразования за счет горизонтальных подвижек, что свидетельствует об окончании эффекта ВЩР.
Установленный механизм позволяет сделать вывод о том, что для обеспечения дальнейшей устойчивости пород почвы необходимо к моменту окончания эффекта ВЩР вновь применить локальное мероприятие, обеспечивающее предупреждение эффекта складкообразования (2-й этап поддержания). В частности, в качестве такого мероприятия можно использовать способ компенсационных щелей.
Для установления момента окончания положительного действия ВЩР на практике было предложено в качестве критерия своевременности применения мероприятий по разгрузке использовать величину смещений контура выработки в кровле на момент начала конца эффекта. Взаимосвязь между смещениями пород кровли и почвы обоснована в работе [2].
Время реализации этих смещений, следовательно и время применения способов охраны экспериментально определить довольно сложно, учитывая разнообразие горногеологических и технических условий. Поэтому была решена аналитическая задача, которая позволяет в первом приближении вычислить данный параметр. Решение производилось с учетом перераспределения напряжений во время разрушения любого элемента массива с помощью принципа линейного суммирования повреждений [3].
Полученные зависимости позволяют определить время применения охранных мероприятий в зависимости от глубины заложения выработки, ее размеров, прочности вмещающих пород, отпора крепи. Учитывая сложность и трудоемкость вычислений по формулам была разработана программа на ЭВМ для расчета времени образования зоны неупругих деформаций в зависимости от реализовавшихся смещений.
Для проверки полученных результатов исследований на шахте "Трудовская" ГХК "Донуголь" были оборудованы два экспериментальных участка. Экспериментальный участок №1 был оборудован в конвейерном штреке 12-й западной лавы пл.l4. Мощность пласта - 1.6 метра. В кровле выработки залегает глинистый сланец с прочностью на одноосное сжатие 42 МПа, в почве песчаный сланец с прочностью на одноосное сжатие 35 МПа. Крепь выработки металлическая арочная податливая типа АП-5/S=14.2. Шаг установки рам - 0.5 метра. Затяжка железобетонная. Глубина заложения выработки - 845 метров. Угол падения пород - 11 градусов. Выработка пройдена комбайновым способом. Протяженность экспериментального участка 40 метров.
Экспериментальный участок №2 был оборудован в конвейерном штреке 24-й западной лавы пл.m3. Мощность пласта - 1.2 метра. В кровле выработки залегает глинистый сланец с прочностью на одноосное сжатие 40 МПа, в почве песчаный сланец с прочностью на одноосное сжатие 32 МПа. Крепь выработки металлическая арочная податливая типа АП-5/S=14.2. Шаг установки рам - 0.5 метра. Затяжка железобетонная. Глубина заложения выработки - 540 метров. Угол падения пород - 10 градусов. Выработка пройдена комбайновым способом. Протяженность экспериментального участка 40 метров.
Шахтные исследования включают в себя измерение смещений на контуре выработок и в глубине массива, контроль процесса трещинообразования с помощью радиоволнового шпурового прибора РВШ-4 и оптического прибора РВП-486. В настоящее время наблюдения на замерных станциях продолжаются. Полученные же предварительные результаты полностью подтверждают ранее проведенные лабораторные и аналитические исследования.
1. Ю.А.Петренко, А.О.Новиков, А.В.Захаренко. О состоянии поддерживаемых горных выработок по ГХК "Донуголь".- Известия Донецкого горного института, 1998, №1(7).
2. К.В.Кошелев, И.И.Бурма, Д.А.Герасимчук, О.К.Кошелев. Вывалообразования в горных выработках шахт Донбасса.- К.:Технiка, 1994.
3. Н.Н.Касьян. Оценка влияния различных факторов на величину зоны разрушенных пород вокруг выработок.- Известия Донецкого горного института, 1997, №1(5).