автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование параметров способа сохранения устойчивости откаточных штреков при разработке крутых пластов

. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи 111КНЕЦ Владимир Петрович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СПОСОБА СОХРАНЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКАТОЧНЫХ ШТРЕКОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ КРУТЫХ ПЛАСТОВ

Специальность 05.15.02 - Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель докт.техн.наук..проф.

НИКОЛИН В.И.

Донецк - 19§6

Диосертация является рукопись»

Работа выполнена в Донецкой государственной технической .•нивероитете

Научный руководитель - д.т.н.,проф.Николин В.И.

Официальные оппоненты: д.т.н.» проф. Кошелев К.В.

к.т.н., о.и.о. Ыельничук D.E.

Ведущее предприятие - производственное объединение по добыче

угля Артемуголь

Защита соотоится ш а ■1996г. в на заседании специаливи-рованного совета Д 06.04.02 Донецкого государственного техни -чеокого университета.

Адрес: 340000, Украина, г.Донецк, ул.Артема. 58. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДонГГУ.

Автореферат разослан /У. /У. 1996г

Ученый секретарь специализированного совета.

п.т.н.. проф. ^И.Черняев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Применяемые а настоящее время на пахтал Донбасса технические решения по сохранению в рабочем состоянии откаточных штреков, з тем числе в зонах влияния очистных работ, не обеспечивают безремонтную их эксплуатацию, Особенно это характерно для шахт Центрального района Донбасса 1.ЦРД), на которых деформировано более 60% подготовительных выработок, а требуют неотложного ремонта (перекрепления) не менее 25-30%, находящихся а аварийном состоянии.

Откаточные штреки крутых пластов после приближения, а затем и отхода лавы полностью перекрепляются на расстоянии 20-150 м от лавы, а за весь срок эксплуатации еще два и иногда три раза. На капдый километр штреков после прохода лавы расходуется до 70 т металла, до 400 м3 леса. Трудозатраты достигают 2,Ь-3,0 тыс.человеко-дней на 1 •юд выработки<, Для шахт - это ежедневное отвлечение до 10-1Ь% подземных рабочих.

Только за последние 5 лет (19У1~95г.р.) общая протяженность перекрепленных выработок на шахтах производственных объединений (ПО) Артемуголь и Дзеротнскуголь составила 6Ь,9 км, т.е. в среднем за год 13.4 км.Работы по перекреплению выработок елояны, практически на 100& являются ручными и очень опасными. В первую очередь это относится к операции извлечения отдельных деформированных элементов крепи, затем к выпуску разрушенной породы, особенно находящейся над проектным контуром выработки, и, наконец, к возведению новой крепи и заполнению за нею пустот.

Не менее опасно передвижение трудящихся по подготовительным выработкам, оборудованным, как правило, рельсовым транспортом,, Размеры в них зазоров, ширина проходов и высота выработок нередко но соответствуют Правилам безопасности, чем, в первую очередь и обусловливается опасность передвинения.

На шахтах ГЮ Дзержинскуголь в 1990-9Ьг.г„ число травмированных на протяжении выработок составило 31ЬУ 1в среднем. ¡>34 человека екегондно), смертельно травмированных 27. На пахтах По Артем-уголь'за этот кэ период соответственно 5У7& (в среднем 99ь), смертельно травмированных 30.

йысокий уровень травматизма, значительная протяженность выработок, ежегодно перекрепляемых на шахтах ЦРД, отрицательно влияю-ютх на технико-экономические показатели и организацию райотм добкч-нтле участков сахт, доказывают гак кг удовлетворительный уропвн»»

соответствия современных научно-технических решений требованиям производства, так и высокую актуальность выбранной темы диссертации.

Цель работы.. Обосновать параметры способа сохранения устойчивости откаточных штреков крутых пластов, основанные на учете реальности деформаций обратной ползучести, состоящего в образовании компенсационных углублений при проведении выработок.

Идея работы заключается в использовании для сохранения устойчивости выработок склонности осадочного горного массива к деформациям обратной ползучести при разгрузке для изменения их направления за счет проведения компенсационных углублений.

Методы исследований. В диссертации используется комплексный метод, включающий наряду с аналитическими исследованиями рассмотрение опыта применения предложенных ранее способов охраны подготовительных выработок; экспериментальные работы,выполненные в шахтных и лабораторных условиях; оценку их результатов, основанную на использовании фундаментальных положений теории вероятностей и сопоставлении с данными практики, не допускающих расхождений, превы-цшхцих 20% „

Основные_научные положения, _выносимыер_на завету А и их_новизна:

~ способность к деформациям обратной ползучести при разгрузке у пород разной прочности, представленных различными диалогическими разностями, неодинакова и возрастает в горно- геологических условиях шахт Донбасса от песчаников к глинистым сланцам. Именно иьа определяет устойчивость откаточных штреков крутых пластов и направление деформации их контура, а не напряженность массива;

- впервые экспериментально в шахтных условиях установлено уменьшение деформирования откаточных штреков крутых пластов, содержащих предварительно образованные компенсационные углубления,

в зоне влияния движущейся лавы, подтверждениее реальность изменения направления деформирования пород в подготовительную выработку;

- вксперимеатально в лабораторных условиях доказано, что эк-еивалетные материалы обладают способностью ре только неупруго деформироваться при напряжениях одноосного сжатия меньших предельных, но И склонностью к деформациям обратной ползучести при разгрузке, что позволяет моделировать временной процесс потери устойчивости подготовительных выработок в зоне влияния очистных работ;

- деформирование контура осадочного горного массива, вметающего откаточные штреки крутых пластов, зависит как от склонности

к деформациям обратной ползучести пород, непосредственно вмещающих выработку, так и залегающих на расстояниях от нее до полутора наибольших размеров их проектного поперечного сечения.

Обоснованность_и^остове]}ность_нг^чных_положенийх выводов

и £окомендациП_работы доказывают:

- совпадение результатов изучения природы деформирования породного массива при разгрузке с классическими положениями о суш-ностн деформаций обратной ползучести;

- удовлетворительная сходимость результатов аналитических исследований и шахтных инструментальных измерений смещений контура ()ткаточного штрека, ке превышающая

- положительные результаты - сохранение устойчивости откаточного штрека, при проведении которого проводились компенсационные углубления, на весь срок их использования.

Научное значение_работы заключается в том,что впервые для сохранения в рабочем состоянии откаточных штреков крутых пластов предложено принципиально новое решение, основанное на представлении о том, что осадочный углепородный массив, вмешавший подготовительные выработки, деформируется в зависимости от того, какие породы находятся на их контуре и на расстоянии от него, составляющем не менее полутора максимальных размеров поперечного сечения выработки.

Основано решение на представлении о том,что причиной деформаций контура выработки, а,следовательно, и крепи являютсл деформации обратной ползучести, возникающие и происходящие после разгрузки участка массива, примыкающего к выработке.

Основной, выдвинутый и доказываемый в данной работе принцип их создания, останется справедливым для различны:: горно-геологических условий: образование компенсационных углублений, имеющих измерь! и .ориентировку максимально способствующих деформированию осадочного массива в направлении углублений, а не контура выработки, в которой они проводятся.

Практическое значение_работы состоит в обосновании параметров способа или одного из вариантов способа сохранения в рабочем состоянии откаточных штреков крутых пластов э зоне ялияяия очистных работ. ■

£еалиэацця_рез^льтатов_уаботы заключается:

- в успешном применении способа сохранения устойчивости откаточного штрека протяженностью 205 и пласта ICj Мачеха на вахте "Южная" UU Дзержинскуголь в зоне влияния очистных работ;

- в решении НТО НО Дзержинскуголь о применении способа на шахтах объединения (Ш);

- в применении способа на шахта» шл. Дзержинского (участок Каменка Kj - восток гор.1и20 м) и "Северная" (участок 65, Пугачеву ij - восток гор. 1160 м ) в эонах влияния очистных работ.

Агщобацид £аботыА Основные положения и отдельные результаты исследования докладывались и обсуждались на научно-технических советах производственных объединений Дзержинскуголь и Артемуголь,уче них советах ДонНИМ, ДонГхУ.

Публикации^ Основные результаты исследования опубликованы в сдной брошюре и трех статьях.

Объем и стцукт^ра цаботьь Диссертация состоит из введения, трех глав м заключения. Она содержит 102 страницы, в числе которых 7У машинописного текста, 23 риоунка, 4 таблицы, список .литературу из 73 наименований и одного приложения на 2 страницах.

ь

иСНиЬШй Сид^ЖАЛЛ^ ГАШШ

Многочисленкнэ нлучно-иселедовятел ь скио работы, чаяраплэнгио на сохранение рабочего состояния подготовительных выработок, укруп-ненно по состоянию к началу девяностых годов могут быть раздолен» на две группы. Сущность исследований обеих групп заключается d изучении формирования и проявления горного давления при и поело пропе-дения выработок.ини выполняется :tait для определения нагрузок на крзпь, которыо являются научной основой создания различных ео конструкций, так и для разработки способов повыязния устойчивости протяженных выработок за счет укрепления пли разгрузки вмесашого породного массива,,

Публикации, относяаиеся к этим вопросам и выполненные о начала шестидесятых годов, принадлежат И.И. Баклапову,А.А.Борисову, U.C.Булычеву, ЬЛ'Л'луико, Е.Б.Друнко, Ю.3.Заславскому, М.П.ЗСор-щику, Б.А.Картозия, К.В.Кояелзву, М. А.Комиссарову,, А.II.Максимову, В.йоНаз!гако, А.0.Новикову, Ю„АЛ1этрен;со, И.АЛ'урч.ишнову, И.Л.Черняку, 0. Якоби и др.

При увеличении глубины разработки после Ь00-5(Х) н pesannaui роль формирования горного давления' отдастся напрятанному состоять породного массива.

Нзиболеэ часго применяемая на пахтах ЦРД арочная трелзвениая податливая кропь дакс при значительной Kscyme'i спозсбности,полученной расчетными методами, не позволяэт обеспечить бзэреионткоз под-дергагою подготовительных выработок на протяжении всого периода"* эксплуатации.

Напрашивался вывод, что только за счет крепи добиться надежного поддержания выработок в течение всего срока слуябы невозможно. Необходимо применение дополнителыих мероприятий для сохранения их устойчивости.

Выбору таких способов охрани горных выработок било удолэно . значительное внимание.

Лродлоионо и испытано значительное количоотзо локальных способов разгрузки массива, Емещашого выработку, от njEBseumcc напряжений.

Б целом они характеризуются срарчительно небольшой ¿рудоем-костью, выполняются непосредственно з проходческом забоо или о набольшим отставанием (3-5 м) от него, не тробуют „ясполштельногэ оборудования. Но на шахтах ЦРД в настоящее время (лявяносгазн*

ь

их не применяют.

Представление о том,что устойчивость выработки определяется про'-чостными, деформационными, б том числе реологическими свойствами пород, вметающих выработку, полностью соответствовало механике сплошных сред.Именно с этих позиций решались вопросы конструкций крепи и материалов для них, создания способов локальной разгрузки. -Но это, можно сказать, с одной стороны. С другой стороны,-основное (господствующее) представление о природе деформирования и разрушения горного массива, вмещающего выработку, удовлетворительно не объясняло некоторые случаи разрушения или сохранения целостности выработок.В частности, это относилось к изменению устойчивости одиночных выработок поале перекрепления, на основании которого проф., д.т.н. Кошелевым К.В. был предложен способ охраны выработок, получивший название двойной проходки.

С классических позиций механики горных пород такие результаты было трудно объяснить, так как физико-механические свойства пород, форма выработок, определяющая вид и концентрацию напряжений; глубина разработки, формирующая исходную напряженность породного массива, оставались неизменными.

и конце шестидесятых годов МакНШ, выполняя исследование механизма выбросов песчаников и газа, приходит к выводу о том, что выброс происходит не из-за повышенных напряжений, а из-за создания самой выработкой условий, в которых при выемке пород имеют место деформации упругого восстановления, упругого последействия и обратной ползучести, по природе своей являющихся деформациями растяжения. Они - причина выбросов в выбросоопасных зонах и причина разрушения выработок, пройденных в породах, склонных к деформациям обратной ползучести.

Реальность проявлений деформаций обратно!! ползучести в осадочном массиве, приводящих к ^зрушению полевых выработок,наиболее очевидно доказал ,лшт ведения горных ^абот на шахте им.Окочинскогэ 1Ю данецкуголь, на которой в 1УУ2 г. разгрузочной 6-й западной лавой пласта Сиоляниновскмй были надработаны западные полевые штреки № 1 и У 2, при проведении которых в 1971-1973 г.г. происходили выбросы породы и газа. Через примерно 1,0-1,5 мес. после завершения наработки деформации в штреке » 2 не превышали нескольких миллим г ров, от рак I? I на участке длиной примерно 100 м приведен в нерабочее состояла за счет деформаций пучения.

Причиной деформирования песчаников, вмещающих штрек № I,явилась разгрузка глинистых сланцев, залегавших от его подошвы на расстоянии б,Ь м. и расстоянии до этого же глинистого сланца 14,1 м от подошвы штрека № 2 деформирование практически не имело места.

. С позиций изложенного цель работы была сформулирована как обоснование параметров способа сохранения устойчивости откаточных штреков кругах пластов ) основанных на учете реальности деформаций об -ратной ползуче сти.

Основными задачами работы, обеспечивавшими достижение ее цели, являются следующие.

Практики давно обратили внимание на то,что при разработке угольных пластов (как крутых, так и пологих) интенсивное деформирование какого-то определенного участка подгоювительных выработок происходит еще при приближении к нему лавы. Этот процесс в течение ' многих лет объяснялся наличием впереди движушейся лавы области концентрами напряжений. И хотя такому объяснению природы деформирования не соответствовало то, что еше более интенсивно деформировались подготовительные выработки уже и после прохода лавы, т.о. при практическом отсутствии напряжений, оно оставалось основном. Первая задача поэтому определяется как исследование природы процесса деформирования контура откаточного штрека при пр| *>лизении к нему лавы, позволяющее оценить минимально необходимое ^асстопнйе от лавы до участка подготовительной выработки, на котором следует создавать углубления на стадии ее проведения или через некоторое время после него.

Разрушение песчаников подошвы штрека, вызванное деформациями- обратной ползучести глинистого сланца, как уже говорилось, имело иесто при надработко, когда -расстояние от подошвы до сланца было 6,5 и, ко при расстоянии до этого сланца 14,1 м деформации не превзошли 0,3-0,4 м, что обусловливает постановку второй задачи . как изучение зависимости деформирования контура откаточного штрека ' от расстояния до него слоев пород, склонных я деформациям обратной ползучеоти. '

Реальность и природа деформаций обратной ползу« юти требупг. дополнительных исследований, коТорче плакируется как третья яадд-

ча. ; '

■ ' ■ * ■ *

Идея ДокГГУ о проведении компенсационной выработки в слйнцех шахты цм.Скочинского для изменения направленности дефог«гациЯ об-

я

ратной ползучести и сохранения за счет этого от разрушений полевого штрека кажется заслуживавшей развития. Оно состоит в том,что если выработка проведена в породах, склонных к деформациям обратной ползучести при разгрузке, то изменить их направленность можно за счет образования компенсационных углублений различных размеров и прост -ранственной ориентировки еще на этапе проведения откаточного штрека Таким образом, четвертая задача состоит как в разработка принципиал ной схемы создания компенсационных углублений, так и в испытании е частных решений, относящихся к размерам и пространственной ориентировке углублений.

Моделирование методов эквивалентных материалов, разработанное проф. 1'.Н.Кузнецовым, широко используется в течение почти аи лет при решении различных задач механики горных пород. Новое представление о разруиении осадочного массива при разгрузке требует, по крайней мере, на первом этапе экспериментального изучения склон -нооти эквивалентных материалов к деформациям обратной ползучести. Пятая задача поэтому состоит в изучении склонности материалов, экв! валенных глинистому сланцу, к деформациям ползучести как при постоянной нагрузке, так и к деформациям обратной ползучести при разгру: ке.

/•з многолетнего личного опыта и опыта работы шахт Ц^А следует что ухудшение состояния определенного участка откаточных ытреков-интенсивное деформирование их крепи начинается тогда, когда рассто яние от него до лавы уменьшается примерно до 10-20 м„ Сразу Ее пос ле перехода лавой погрузочных люков или отхода ее от них на Ю-15м состояние этих участков штрека во многих случаях становится ава -рийным.

Уникальные эксперимйгальные работы, которые помогут решить первую задачу исследования, были выполнены Н.Л.Зайцевым и М.Н.Рапс портом еще в пятидесятые годы на гор.ЬОО м шах'.'ы им.К.Маркса пи дяоникидэеуголь (чласты Мазур и Газовый).

Из результатов их измерений следует, чтг в первый период времени 12У-42 суток) впереди лавы пласта Мазур скорость газовыделош из скважин закономерно снижалась.

мере приближения очистного забоя к контрольным скважинам < недуяиваотоя резкий рост газовыделения, в среднем составляющий щ мерно два порядка. Начало заметного роста газовыделения отмечено ,

всех трех скважин на расстоянии от лавы, возрастающем снизу вверх от 15,4 м до 20 м.

На пласте Газовый получены принципиально такие же результаты: на первом этапе уменьшение газовкделення, а затем его уволиченио, но при меньшем расстоянии до лавы (7-IU м) и менее интенсивнее.

Из анализа выполненных ранее измерений в работе делается два Еывода.

Первый: решая задачу определения участка, начиная с которого следует применять способ сохранения устойчивости штрека, могло ут-верздать, что для различных условий оно изменяется в пределах 7...25м и поэтому вполне может быть с запасом определено кап не менее 30-40м.

Второй: в соответствии с исследованиями, выполненными ранее, в том числе в шестидесятые - восьмидесятые годы, причиной разрушения является зона опорного давления впереди движущейся лавы. Но в соответствии с результатами,полученными в девяностые годы, они могут трактоваться принципиально иначе. Из них очевидно, что в зоне повышенных напряжений впереди двикушейся лапы деформации угольного пласта незначительны, а скорость газопыделенил закономерно уменьп -ется во времени так зз , как и при отсутствии влияния очистных работ. И только при уменьшении расстояния до лавы, состаиллетам 10-20 м, скорость газовыделе! к я резко возрастает, но происходит это но из-за разрушений, обусловлен;®* ростом напряженности (сии уяе бали, но при-ПОДИ ЛИ 1С сшжснии газовццелеиил), а из-за эффекта разгрузкн пласта.

Насэ гредзтавлениз о природа процессов, сбусловивпих рост газо-выдвления, подтвердили но сиз результаты, получбнкыэ ДскПУ на шахто нм.Скочпнокога при нздрабэтке 7~8 аостсчной лавой восточного полового птрст, авторы которых установил!!, что процесс этот связан с разгрузкой я проявлением в связи с этим временны:;' деформаций обратной ползучести, Именно они обусловили увеличение проницаемости угольно-породного осадочного массива и рост скорости гаэовцдележт.

При исследовании природы дпформаций обратной ползучести в забое откаточного штрека пласта Изчеха-зяпад гор.361) м на сахто "Шная" 1Ш Дзержинскуголь в сторону почвы пласта, представленной глинистым сланцем,были пробурены дье нерповые скважины длиной по йн. Из керкогсго материала изготовлялись образцы - цилиндр« ^амвгром 30мм и длиной 41-74мм.

Часть из изготовленных образцов (8) через 4-7 суток после выбуривания кернов прозвучивалась на установке ¿'Нб-Ш для измерения скоростей прохождения ультразвуковых волн и изменения их величин во времени, по остальным пяти измерялся индикаторами часового типа (точность отсчета и,ии1 мм) рост во времени деформации обратной ползучести. _

Зависимость среднего относительного удлинения образцов В. от времени ¿Г описывается прямолинейной (при коэффициенте вариации % * 0,У6) зависимостью: _

где ь - относительное удлинение образца;

^ - время, прошедшее после выбуривания кернов, &...Ь2 сут

Ирозвучивание, производившееся в точение 10Ь сут., показало, что средняя скорость прохождения продольной волны на частоте 1Б0кГ снизилась с 3,52 1и3 до 1,У£> 1и3 м/с, т.о. в 1,2 раза. Следова -тельно, образца увеличились а объеме, глинистый сланец как бы разуплотнился. Полученное уменьшение скорости прохокдошп продольной ультразвуковой полны вполне подтверждает физическую сущность дефор 11ацир обратной ползучести как разуплотнение.

Наряду с условиями,в которых глинистые слр.щр находятся на -посредственно в штреке, есть горно-геологичаскио условия, в которых глинистые сланцы находятся за пределаш проектного (поперечного) сочания выработки. Иоеот оказаться, что использование благо-причтных условий расположения выработок в песчаниках, кап показал опыт пахты им.икочинского, но будет еффактиишк, поэтому допустимо безопасное расстояние до глинистого сланца долено уточняться.

Сотрудники ДрнПУ, прогнозируя устойчивость восточного полевого трека !? 2 вахты им. Сочинского, приманили зкеперимантально-аналитический ыетод, который заключался в раг.чето уволичошл пучения из-ва уменьсания длины балки, т.о. слои пасчаника сиво глшшо-того сланца. Нил сделан быбод о той,что при уменьшили длины разгрузочной 7-й восточно!! лаш с 200 до 7и ц деформации цучшшя по-■ доаву стрела Р 2 на превзойдут 0,Ь-0,6 и.Нооаз штрек был надработа сучения но превысили 0,4м.

^сисаг редкое аовпа^ецие прогыоаньи взличин о деВотвительнцш« пегседгдо и слог ооеать 'в работе тот ка. эколеряментадьно-аналнтичаа

метод для оценки минимальной толщины балки, в частном случае представленной песчаником, при которой откаточный штрек не будет приводиться в нерабочее состояние. Сделан вывод о том,что сохранение выработки возможно при толщине слоя песчаника ниже подошвы (кровли, стенки) штрека примерно 9-1и м, что соответствует полутора максимальным размерам поперечного сечения полового штрека. Следовательно, если при надработка откаточного штрека, в том число вследствие приближения и удаления очистных работ от определенного его участка,ока-ватся, что на таком или большем расстоянии от контура штрека залегает глинистый сланец, то деформации обратной ползучести не смогут парусить устойчивость выработки, пройденной в песчаника.

Моделирование методом эквивалентных материалов используется •при изучении характера деформирования и разрупения пород, вмещающих подготовительные выработки.

Подготовка материала, эквивалентного глинистому сланцу ша-хты "Юглая", и изготовление из него образцов строго соответствовали методика ВШМИ. Деформации ползучеоти измерялись при однорсном сглтии, когда напряжения составляли от предельного 0,6...0,9.

Испытания прекращались после того, как в течение но менее чем двух суток увеличение деформаций не регистрировалось.

Затем образец разгружался, измерялись как деформации упругого Еосстаноллешш, упругого последействия, так и обратной ползучеоти. Результаты чзмарений докапали склонность материалов, зквивалентныз глинистому сланцу, как к деформациям ползучести при постоянной нагрузке, так и обратной ползучести при разгрузке.

Оти свойства аналогичны свойствам многих осадочных пород, что позволяет качественно по-новому проводить моделирование проявлений горного давлэния на эквивалентных материалах.

Вопрос отот заслуживает самостоятельного изучения.

Деформирование крепи откаточных штреков на небольшом расстоянии от забоя штрэка '.1и-2им) не является практически значительным, дана з ели атрзк проводится сме&ннки забоем, а сие саки о пласт породы представлоны углисто-песчяно-глинистыми разностями. Но ко зре-"01П1, приближения лавы к конкретноиу участку штрэка деформирование кропи интзнсифицируеюя, ' ' *

Сущность научных основ способа, как об этом уже говорилось, состоит в том,что предотвратить деформации обратной ползучести невозможно, но изменить их направление вполне реально. Для достижения эффекта в работе было предложено при проведении откаточного штрека в породах почвы (кровли) пласта образовывать ниши п траншеи, наз-■ V {ые компенсационными. Смысл образования двух представленных разновидностей углублений заключается в том,что при их наличии глинистый сланец будет деформироваться на только в сторону пройденной выработки, но и в сторону образованных углублений. Разрушенная порода из компенсационной траншеи не убирается, неполностью она убирается и из компенсационных ниш, которые практически не крепятся. При остающемся неизменным общем запасе энергии неупругого деформирования глинистого сланца теперь только часть его будет расходоваться на деформироаание крепи. Особенно значительное деформирование пород со стороны подошвы откаточного штрека пласта Мачеха н правой, если смотреть на забой, стенки выработки, нередко приводящих даже к опрокидыванию вагонов, обусловило предложение "наклонить" подошву ниши на 20° по отношению к подошве штрека.

При обосновании параметров способа было высказано предположение, что объем компенсационных ниш и траншеи должен соответствовать или несколько превосходить объем пород почвы пласта,разрушенных к моменту первого перекрепления выработки. Уто предполокеше и обусловило выбор параметров траншеи, ниш и расстояний между нишами равным 3 м при сохранении расстояния мевду кропью, принятом ранее равным 1м. Не исключался вариант увеличения расстояния ызаду крепью до 1,25-1,50 м.

После отработки на гор. 4Уи и Ь20 м запасов пласта Иачеха-за-пяд в IУУ2 и 1УУЗг.г. продолжалась отработка запасов отого плаота на гор.Зоим. Через некоторое время после остановки лавы у того гз дизъюнктивного геологического нарушения, у которого были остановлены г лавы двух нижележащих горизонтов, принято решение об отработке запасов пласта за зоной геологического нарушения. В соответствии о этим решением пройдены откаточный и вентиляционный штреки,разрезной гезенк. Ко времени сдачи лавы в эксплуатацию и до началЬ про-шшленных испытаний способа откаточный штрек был дважды перекрап-лен. Промышленный эксперимент заключался в следующем.

Б забое откаточного штрека, проходившегося буровзрывным способом, образовывалась с помощью буровзрывных {«бот комле; сацмонная траншея шириной 1,Й и глубиной Взрывные работы для ее создания

производились одновременно о выполнением взрывных работ, предусмотренных паспортом на проведение откаточного штрека.

В процессе проведения промышленного эксперимента производились измерения смешений на замерных станциях контурных реперов, которые были установлены на контрольном (С.1) и экспериментальном (С2,СЗ, С4, С5) участках штрека. Замерные станции на них оборудовались1по мере проведения выработки и представляли собой металлические стержни длиной 0,3 м, укрепленные в шпурах диаметром 43 ым, пробуренных по контуру выработки. Измерения конвергенции пород кровли и почвы пласта примерно перпендикулярно наслоению (_#* ), горизонтальных смещений пород станок выработки ( В ), вертикальных смешений пород подоивы и кровли штрека ( я и // ) производились в течение 240 суток (период времени от Ul.03.95 по 31.10.УЬг.).

Первые замеры осуществлялись в момент оборудования замерных станций, затем с интервалом 7-10 суток в первый месяц наблюдений, 1и-1Ь суток - во второй и I раз в месяц - в последующие периоды времени. Замеры привязывались к подвиганию лавы, .

Результаты измерений, полученные при проведении 20Ь ы откаточного штрека, позволяют констатировать следующее,

К началу измерений замерная станция С1 находилась от двияушейся лавы на расстоянии 33м, замерная станция 02 (экспериментальный учао-ток) - на расстоянии ьэ м. Лава начинала двигаться от разрезного гезенка в первый месяц наблюдений со скоростью 6 ц/изо, во второй -15 м/мес и ч третий - Зь м/мес.

И общей сложности компенсационные ниши и траншея образовывались при проведении 205 м откаточного штрека, который на этом протяжении не пэрекреплялся ни разу. За почти семимесячный период времени была образована 51 компенсационная киша. Запасы пласта Мачеха-запад отработаны до технической границы пахти ."Южная" - крупногб геологи -ческого нарушения.

Уменьшение конвергенции пород кровли-почвы пласта при наличии компенсационных выемок превысило 2,0 раза.

Вполне положительные результаты, полученные при проведении промышленного эксперимента на шахта "Шная", привели к тому, что решением .технического совета 110 Дзержинскуголь было рекомендовано при -монить способ на всех шахтах объединения в наиболее неблагополучных по устойчивости выработках- пока .по одной выработка каждой шахта(Ш),

В настоящее время опоооб применяют на двух вахтах:

- им.Дзержинского, откаточный штрек пласта /Г^ ^Каменка-восток гор.1026м, участок У5;

- "Северная" откаточный штрек пласта ^ Пугачевка- запад гор. Пбим, участок 66.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ состояния вопроса сохранения устойчивости подготовительных выработок на весь срок их использования, выполненный по еодер-нанкю научно-технических публикаций, приводит к вполне положительному заключению о том,что хоть вопрос и очень сложен, но положительных решений (способов, приемов, технологических и технических операций, рекомендаций) не так уя и мало.

Однако рассмотрение опыта применения технических решений для сохранения устойчивости откаточных штреков крутых пластов в зоне влияния очистных работ приводит к выводу о том,что они, к сожалению, не удовлетворяют требованиям производства. Ьыло высказано предположение, что основной причиной современного состояния решения ■проблемы сохранения устойчивости выработок, в частности откаточных штреков, является недостаточная изученность природы процессов, обусловливающих деформирование крепи в зоне влияния очистных работ.

Исследование природы деформирования откаточных штреков в зоне влияния очистных работ убеждало в том,что по своей сущности оно аналогично деформированию пород, имеющему место после отработки защитных пластов (подработки, надработки), причиной которого является не рост напряжений, а разгрузка. Оно позволило впервые сделать следующие выводы.

I.Природа интенсификации деформирования крепи откаточного штрека при приб.-икении, а также по мере удаления лавы м природа роста газовыделення из скваяин едина и заключается в разгрузке угольного пласта и вмещающих его пород, приводящей к росту проницаемости массива, обусловленного деформациями упругого восстановления, упругого последействия и обратной ползучести.

¿.Уменьшение скорости прохождения-продольных ультразвуковых волн через образцы глинистого сланца, измерявшееся в течение почти четырех месяцав, подтверждает, что природа деформаций обратной ползучести заключается в разуплотнении породы,

3.Интенсификации деформац^ крепи откаточных штреков.происходит при приблияении лавы на расстояние 10...20м. Следовательно, на-учнообоснованние технические решения, выполняемые а откаточных штреках и заключавшиеся в образовании различных углублений во вмещающих породах, должны производиться на расстоянии от лавы т менее Зи-чим,

4.Для выработок, проводимых в прочных породах (песчаниках), в зонах влияния очистных работ опасность снижения их устойчивости может быть реальной, если от контура выработки глинистый сланец находится на расстоянии менее полутора наибольших размеров поперечного сечения шт—река.

О.Укспериментально установлено, что материалы, эквивалентные ..^.1иЮТому сланцу, способны деформироваться неупруго как при постоянных нагрузках (одноосное скатив), составляющих и,Ь.„.и,У предельных, так и после разгрузки образцов - деформации обратной ползучести.

Такие результаты приводят к выводу о возможности принципиально' по-новому моделировать проявления горного давления в выработках, находящихся в зоне влияния очистных работ.Вопрос заслуживает самостоятельного изучения.

Ь.ибобщонный вывод, основанный на содержании всех изложенных положений, состоит в том,что предотвратить деформации обратной ползучести глинистых сланцев невозможно, но изменение их направления вполне реально. Для достижения этого эффекта предложено при проведении откаточных штреков в породах почвы (кровли) пластов» представленных малопрочными глинистыми, углисто-глинистыми, посчано-глинис-тыми разностями, образовывать компенсационные ниши и траншеи, предназначение которых заключается в уменьшении величины деформаций обратной ползучести в сторону пройденной выработки. Сделан вывод о том, что параметры ниш и траншей с учетом их размеров и расстояния между нишами необходимо рассчитывать из предпосылки, что их объем должен составлять не менее 41$ уменьшения площади поперечного сечения штрека, ати параметры не следует рассматривать как неизменные, ибо ниши могут углубляться, расширяться после перехода их лавами, если деформирование крепи при приближении лавы будот угроаао-шиы, т.е. вызывающим опасения в необходимости пзрекрепления откаточного штрека.

Промышленные испытания способа на шахте "Шная" за семимесячный период времени завершились вполне благополучно: конвергенция пород кровли -почвы пласта уменьшилась не менее чем в 2,5 раза и исключила необходимость подкрепления откатсного штрека.

" -с-." '; . .'.■;■ ' ' ■'

Цологительные результаты промышленных испытаний способа сохранения устойчивости откаточного штрека, полученные на шахте "Ш-ная", позволили применить его еще на двух шахтах ПО ДзервшнскугольI им.Дзержинского (откаточный штрек пласта Кц, Каменка-восток гор. 102бм, участок У&) и "Северная" (откаточный штрек плаота ^ , Пуга-чевка-запад гор.Ибо м, участок ЬС>).

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ

1.Руководство по безремонтной эксплуатации полевых подготовительных выработок при оплошной система разработки на пластах крутого падения /Зорин А.Н., Колесников В.Г., ...Шанец B.il. и др. -Донецк: ЦБНТИ угольной промышленности.- 1994.- 9 с.

2.Шенец В.11. Новый опособ повышения устойчивости подготовительных выработок крутых пластов в зоне влияния движущейся лавы //Извео-тия Донецкого годного института.- I99&.- № I.- С.40-44.

3.Игнатович Н.В., Шенец В.11. Повышение устойчивости откаточного

•. штрека в условиях крутого падения // Известия Донецкого горного института.- 19У&,- № 2.- С.&3-5Ь.

4.Николин В.И. .Игнатович Н.В., Шенец В.11. Новое направление создания способов сохранения устойчивости откаточных штреков //Уголь Украины.- 1996.- »Ю-ИС.7-П.

ABSTRACT

Shenets 'J.P. Development of pareaeters of headentry aaalntenance during steep coal scaas extraction.

Candidate Dissertation (aanuscrlptl on specialty 05.15.0?. - Underground Deposit Extraction, Don STU, 1990. Theoretical and experlae-ptal Investigation gave possibility to reduce convergence In headentry dduring panel extraction ouing coapensating gaps: relation between sandstone defoaation and its disstance relatively clay stone: ability of clay rocks to creep due to constant load (coapression) and reverse creep due to destressing; developed «ethod of headentry stability enhancing.

The aethod has been applied in Industry practice.

Key aords: stability, creep, reveres creep, coapencatlon gap, treneh, equivalent aatherlals.

' ' ЙНН0ТАЦ1Я

Зенець В. П. Обгрунтування паранетр!в засоба збереаення ст1йких |1дкаточних ятрек!з при розробк1 крдтих пласт1в.

Дисертац1я (рцкопис) на здобуття вченого ступена кандидата тех-[1чних наук за спец1альн!ста 05.15.02 - П1дзеина розробка родовнц конских копа тин, ДонДТЭ. Донецьк. 1930. аи1цае теоретнчн! та експереие-!талы<1 досл1дзення, як1 дозволили впреае у вахтних умова.ч установит мениеннй деформування в1дкаточних нтрек!в, утрниуэчих кошшенсацИШ глнблення у зон1 вплива лави: за/1 ан!сть дефорицвання п!сковик1в ' в 1д 1ддалення до глинястого сланца: здатн1сть иатер1ал1в, екв1валентних о глинястого сланца, до де0ориац1й повзучост! при роэвантааенн!; об-рунтувати парааетри засоба , эберевенНа стШ$ост1 втрек1в.

Зроблено проиислове упровадаення эасобу.

Кдичов! слова: ст1йк1сть. дефораацН повзцчост1„ зворотна повзц-ость, поглиблення коипвнсащйн!, екз1валентн1 иатер!али.