автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.04, диссертация на тему:Обоснование параметров взрывощелевой разгрузки почвы повторно-используемых подготовительных выработок глубоких шахт

МИНИСТЕРСТВО РСФСР ПО ДЕЛАМ НАУКИ. ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКЕ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ПИХКОНЕН Леонид Валентинович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЗЕЫБОДЕЛЕВОЯ РАЗГРУЗКИ ПОЧВЫ ПОВТОРНО-ИСПОЛЬЗУЕНЫХ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК ГЛУБОКИХ ШАХТ

Специальности: 05.15.04 - Шахтное строительство 35.15.02 - Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург. 109 2

Работа выполнена в Санкт-Петербургском горном институте к филиала Санкт-Петербургского горного института в г.Воркуте

Научные руководители: доктор технических наук, профессор А.Г.Протосеня, кандидат технических наук, С.Я.Еихаров

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор К.А.Ардаамв

доктор технических наук, профессор Б.П. Зубов

Ведущее предприятие - ПО "Зоркутауголь "

Завита состоится " 3 -а» >лргЛЯ_1992г.

в "А5_"час.. на заседании специализированного совета Д.063.15.03 в Санкт-Петербургскон горном институте по адресу: 108026, Санкт-Петербург, В-26, 21-я линия, дом 2, аул. .

С диссертацией могно ознакомится в библиотеке института.

Автореферат разослан "_! ¡¿. •■ _1902г.

Ученый секретарь специализированного совета Д.063.15.03

кандидат технических наук,доцент В.И.Очкуров

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.

Проблема охраны выработок находится в тесной связи с задачами увеличения добычи угля и рационального использования природных ресурсов, а также безопасности ведения подземных работ. Интенсивный характер горного производства обуславливает разработку угольных пластов на все более глубоких горизонтах .

Это привело к тому, что на больших глубинах,'разработанные способы охраны горных выработок не даэт удовлетворительных результатов.

Характерным проявлением горного давления при отработке защитных пластов являются деформации крепи - и значительные смещения контура выработки и ,в особенности, пучение пород почвы повторно-используеных подготовительных выработок. Поэтому наряду с традиционными способами усиления поддерживающих и охранных крепей, на первый план выдвигается задача осуществления локальной разгрузки массива пород вокруг горных выработок. На данном этапе исследований отсутствуют конкретные, надежно обоснованные, параметр« локальной разгрузки в зависимости от горно-геологических и горно-технических факторов.

В условиях Воркутского месторождения Печорского угольного бассейна осуществлялась опытная апробация некоторых способов локальной разгрузки массива горных пород вокруг повторно-используемых подготовительных выработок, но в связи с малой их эффективностью, данные способы не нашли практического применения.

Вопрос создания локальных способов разгрузки и разработка его параметров для улучшения условий поддержания повторно-используемых подготовительных выработок на больших глубинах является открытым. Этим и определяется актуальность диссертационной работы.

В основу диссертации положены результаты исследований, полученных автором в 1987-91 г.г. при выполнении научно-исследовательских работ по хоздоговорным темам 86/84: "Совершенствование техники и технологии интенсивной отработки угольных пластов на пахтах ПО "Воркутауголь" и 50/91:

"Разработка способа борьбы с пучением в повторно-используемых подготовительных выработках с помощью разгрузочных щелей" .

Цель работы состоит в разработке методов и средств снижения пучения почвы повторно-используемых подготовительных выработок глубоких шахт.

Идея работы. Обеспечение устойчивости подготовительных выработок путем снижения пученик почвы с помощью локальной разгрузки со стороны очистного забоя.

Задачи исследований:

- разработка геомеханической модели деформирования пород почвы повторно-используемых подготовительных выработок на основё определения основных влияющих Факторов на НДС приконтурного массива;

- обоснование параметров и оценка эффективности способов локальной разгрузки приконтурного массива повторно-'-исполь-зуемых подготовительных выработок;

- определение области применения способа локальной разгрузки приконтурного массива.

Методы исследований■

Поставленные задачи решались комплексным методом, включающим: аналитические методы механики сплошных сред, методы вычислительной математики с применением ЭВМ, оптическое моделирование, проведение шахтных экспериментов, сопоставление результатов исследований с данными натурных наблюдений.

Научная новизна исследований состоит в следующем:

- предложена физическая модель перераспределения опорного давления вокруг подготовительной выработки, сохраняемой для повторного использования в зависимости от расстояния до очистного забоя и в определении на основе этого основных факторов, влияющих на интенсивность пучения;

- установлены новые закономерности деформирования и разрушения приконтурного массива пород вокруг выработок с локальной разгрузкой и без нее при опережающей отработке пластов средней мощности.

Научные положения, выносимые на защиту:

- выявлен механизм пучения пород почвы повторно-используемых подготовительных выработок глубоких шахт в Форме складкообразования, вызванного неравномерными смещениями пород по ширине сечения выработки в результате воздействия опорного давления и продольных сил;

г

- установлено, что основными факторами, влияющими на величину пучения пород почвы являются: коэффициент сцепления пород мехду слоями, расстояние между заделкой слоев, коэффициент бокового распора, мощность почвы;

- обоснован критерий, с помощью которого определяется начало зоны стабилизации, за которую принимается величина падения скоростей смещений пород почвы до 5-6 мм/сут;

- экспериментально установлены закономерности смещения пород почвы в зависимости от параметров взрывощелевой разгрузки (угол наклона щпура, величина заряда ВВ, длина шпура).

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: комплексным сочетанием шахтных, лабораторных, аналитических и статистических методов исследований; представительным количеством экспериментальных данных; удовлетворительной сходимостью результатов аналитических, шахтных и лабораторных исследований.

Практическая ценность работы заключается в разработке локального способа разгрузки пород почвы за пределами контура выработки со стороны очистного забоя, уменьшающего пучение почвы в 1,5-1,7 раза, которое может быть использовано в паспортах, поддержания повторно-нспользуемых подготовительных выработках на больших глубинах.

Реализация работы в промышленности.

Разработанный способ локальной разгрузки протел испытания в бремсбергах 812-с и 72-ю ш.Северная ПО "Воркутауголь" при опережающей отработке пласта "Четвертый". Общая длина экспериментальных зон составила около 1 км. Годовой экономический эффект от внедрения результатов работы на этой шахте составил 28 тыс. руб.^Ожидаемый годовой экономический эффект по объединению "Воркутауголь" свыше 1 млн. рубхей.

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались на конференциях и научно-технических семингфах: "Пг 1блемы интенсификации горного производства" (Воркута, 1886г.), "Совершенствование методов разведки и добычи полезных ископаемых Крайнего Севера" (Воркута, 1988г.), "Современные методы разведки и разработки месторождений полезных ископаемых в условиях Крайнего Севера" (Сыктывкар, 1989г.). "Передовые технологии разведки и добычи полезных ископаемых, особенности строительства и экологии Крайнего Севера" (Воркута. 1990г.), "Исследование

горного давления и охрана капитальных и подготовительных выработок" (Алма-Ата, 1990г.), а также технических совещаниях шахт и производственного об'единения "Воркутауголь", семинарах кафедр ЛГИ и филиала ЛГИ.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 5 работ и получено положительное решение на способ борьбы с пучением пород почвы в подготовительных выработках, разработанный в диссертации .

Обген и структура работы.

Диссертация состоит из введения, вести глав и заключения, изложенных на 154 страницах мавинописного текста, содержит 43 рисунка, 8 таблиц, список литературы из 149 наименований и одного приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава освещает краткий обзор работ -по проблеме исследования механизма пучения пород почвы и способов их предотвращения. Первые исследования явлений пучения в горных выработках выполнили В.И.Белов, А.В.Гурдус, В.М.Сыро-ватко , Л.Н.Цнмбаревич, Д.С.Ростовцев, Б.Д.Слесарев и др. В дальнейшем эти исследования продолжили А.П.Максимов, В.А.Лыткин, В.В.Соколовский, А.Лабасс, К.З.Руппенейт, В'.М. Городничев, М.Н.Шейхет, И.Л.Черняк, Ю.Э.Заславский, Г.Г.Литвинский, К.В.Хооелев и др.

Большой вклад в теорию расчета напряженного состояния окружающего выработку массива внесли Ю.А.Векслер, Ж.С.Ержа-нов, В.Т.Глушко, А.А.Борисов, Г.Л.Фисенко, А.Г.Протосеня, Н.С.Булычев, И.В.Бакланов, Н.А.Филатов и др.

В работе рассмотрен процесс пучения пород почвы как следствие потери устойчивости контура выработки за счет перераспределения напряжений в окружающем массиве.

С увеличением глубины разработки условия поддержания подготовительных выработок значительно ухудшились. На Вор-кутском месторождении глубина заложения подготовительных выработок достигла 1000 м и более.' Ежегодный объем перекрепляемых выработок достигает 60-70 X от годовой их протяженности .

?

Одной из основных причин потери устойчивости контура подготовительных выработки является пучение пород почвы.

Литературный обзор теоретических исследований механизма пучения пород почвы показал, что до настоящего времени нет единой точки зрения на процессы, происходящие вокруг выработки при потере ее устойчивости. Особенно малоизученными остаются повторно-используемые подготовительна выработки глубоких вахт при бесцеликовой отработке иестороядений, поддерживаемые на границе с выработанным пространством.

Иэ существующего многообразия гипотез, объясняющих процесс пучения пород почвы, натурными исследованиями для конкретного месторождения выделены гипотезы, описывающих поведение вмещающего массива складкообразованием подстилающих слоев почвы в зависимости от горизонтальных смещений.

Среди известных способов борьбы с пучением пород наиболее перспективными являются на .чаи взгляд активные способы воздействия на вмещающие выработку породи, хотя изученность их для повторно-используемых выработок на больших глубинах явно недостаточна.

Воркутское месторождение, которое отрабатызвает большинство шахт Воркуты, представлено свитой сближенных пластов и характеризуется высокой газо<. бильностыэ, склонностью к енезвтшк виброезм угля и газа, горный ударам, сложным строением вмещающих пород кроьли и почвы и широким диапазоном величин мехдупластья.

Одним из наиболее склонных к пучению пород почвы являет- , ся пласт Четвертый, вмещающие породы которого характеризуются неустойчивой непосредственой и труднообрушаемой основной кровлями, а также слабой непосредственой и прочной слоистой основной почвами.

К горно-техническим условиям усложняющим безремонтное поддержание одинарных подготовительных выработок относятся: повышенное опорное давления от очистных забоев; несоответствие параметров податливости ссновной. обрезной крепей и крепи усиления; увеличившаяся длина выемочных столбов до 3 км и возросвая в связи с этим продолжительность поддержания; неопределенность места подрывки и ремонта крепи, интенсификация проявления горного давления на подготовительную выработку, поддерживаемую на границе "массив - выработанное пространство", возрастающее с переходом очистных работ на

я

г>.'льпие глубины. '

С помощью шахтных инструментальных наблюдений выявлялись основные закономерности деформирования массива пород вокруг повторно-используемых подготовительных выработок. При этом решались следующие задачи: определялись граница опорного давления в зоне влияния очистных работ при различных горногеологических условиях; измерялись деформации прикснтуркого массива вокруг подготовительных выработок; измерялась конвергенция контура подготовительных выработок.

Наблюдения показали, что на глубинах превышающих 700 м при столбовой системе разработки начало заметных смещений почвы и кровли наблюдаются в 30-40 м впереди очистного забоя. Наибольшие смещения контура выработки наблюдаются на расстоянии 10-50 м за лавой. При этом в 60 м позади очистного забоя смещения как кровли, так и почвы стабилизируются. Рост интенсивности смещений с этого расстояния постоянен дс следующего повторного использования выработки.

За начало зоны стабилизации пучения пород почвы подготовительных выработок, пройденных на глубине свыше 700 к, принято падение скорости пучения дс 5 мм/сут.

Основные смещения почвы происходят в центральной части выработки и у ее борта, расположенного со стороны выработанного лавой пространства. Средние величины пучения для этого борта в 150 м за лавой составляют 500-600 мм, по осевой линии выработки - 400 - 500 мм и со стороны массива - 300 -400 мм. Смещения кровли заметно меньше, чем почвы, составляя , 250-300 мм в 100 м за лавсй.

Общие смещения кровли и почвы после первого прохода очистного забоя на расстоянии 150 м позади него составляет 1000-1200 мм, причем на. величину пучения приходится 50-60 I общих смещений.

Суммарные смещения кровли и почвы исследованных подготовительных выработок до погашения вторым очистным забоем составляют 1800-1900 мм. Из них на пучение почвы приходится 60/0 X, а на смещения кровли - 30-40 % общих смещений контура выработки!

Разнообразие горно-геологических и горно-технических условий отработки пластовых месторождений вызвало необходимость провести предварительные лабораторные исследования для выявления основных влияющих факторов на пучение пород почвы.

Задачей исследований являлось определение связи между различными факторами, влияющими на устойчивость выработки. Эти исследования приведены во второй главе.

Исследования проводились на специально разработанной фотомеханической модели, имитирующей повторно-используемую подготовительную выработку при различных вариантах эксплуатационных нагрузок и изменении условий залегания вмещающих пород (рис. 1).

Несмотря на некоторое упрощение условий протекания Физических процессов в натуре плоские модели на оптически-чувствительных материалах позволяют выявить общие закономерности поведения массива в зоне влияния очистных работ, характерные для повторно-используемых подготовительных 'выработок.

В качестве переменных параметров принимались:

- длина зависающей консоли основной кровли над выработанным пространством;

- несущая способность (податливость) крепи усиления;

- слоистость почвы и ее мощность;

способы охраны выработки со стороны вырабстанного пространства и их технические характеристики;

4

отсчтыЕ ьт и

ГШ тФтш

4

Рис.1. Схема размещения характерных точек на Фотомодели

(О

- величина, геостатического давления и коэффициенты бокового распора и сцепления слоев почвы.

Нагрузочное устройство обеспечивало испытание недели при изненении следующих параметров: длина зависающей консоли -6, 8, 10, 12 м; крепь усиления - жесткая и податливая; коэффициенты бокового распора - 0, 0.3, 0.5, 0.7, 1 и сцепления слоев почвы;_почва - однородная или слоистая, различной мощности; охранная крепь - органные ряды различной жесткости, ширины и способа установки относительно контура выработки.

Построение модели проводилось с соблюдением основных критериев подобия, а обработка результатов - методами математической статистики.

Степень напряженного состояния элементов модели оценивалась по значении порядков полосы относительно нулевой точки. Значения порядков регистрировались во всех элементах охранных крепей, крепи усиления, на контуре выработки и в почве. Подсчет порядков производился по фотомодели, сделанной в одном маептабе с оптической моделью. Всего было обработано свыше 300 фотомоделей.

Математическая обработка всей генеральной оовокупности данных проводилась в несколько этапов с предварительным выявлением Факторов с незначительными изменениями, после чего была составлена окончательная матрица данных для проведения многофакторного анализа. Эта матрица подвергалась статистической обработке для исследования связи между отдельными Факторами.

После обрабстки для каждой характерной точки модели (см. рис.1) полу.ени уравнения регрессии, позволяющие оценить взаимосвязь Факторов выделенного массива данных.

Исследуемые факторы обозначались номерами Х1,Х2,ХЗ,..., XN из них: X1,Х2,ХЗ,Х4,X'j,Х6 - значения порядков изоклин в исследуемых точках 1 - 6 (см. рис.1); Х7 -значение несущей способности крепи усиления в кН; Х8 - длина консоли в м; Х9 - коэффициент бокового распора; XII - коэффициент сцепления слоев пород почвы; Х12 - модностиь слоя почвы в м.

Для точки 1 (массив у замка крепи со стороны целика) получены следующие уравнения при максимальных корреляционных отношениях

XI = 6.52306 - 0.159206 .* Х7 - 0.0758918 » Х8 -0.110307*Х9 + 2.743358*ХП-0.228506*Х12.

Для точки 2 (массив у замка крепи со стороны выработанного пространства) уравнения регрессии

Х2 = 2.55642 - 0.100715 * Х7 + 0.118799 * Хв * 0.08557911 * Х9 + 0.606399 * XII - 0.216320 * Х12.

Для точки 3 (поверхность почвы со стороны выработанного пространства)

ХЗ = - 0.561157 + 0.0205944 * Х7 - 0.102944 *'Хв + 0.593236 * Х9 + 1.47422 * XII + 0.279358 * Х12.

Уравнения регрессии для точки 4 (точка в почве выработки со стороны выработанного пространства на глубине, 1/8 ширины выработки в свету)

• Х4 = 0.0532537 - 7.71568Е-03 * Х7 + 0.0187611 * Х0 + 0.775355 * Х9 + 0.942935 * XII + 0.115228 * Х13.

Для точки 5 (точка, расположенная симметрично точке 4 относительно вертикальной оси выработки)

Х5 = 0.076313 - 0.0318539 * Х7 + 0.2179С6 * Х8 + 0.844483 * Х9 + 1.38323 * XII - 0.0426229 * Х12.

Последняя тоочка 6 расположена симметрично точке 3 относительно вертикальной оси выработки. Для нее уравнения регрессии будут

Х6 = -1.05505 - 0.294274 * Х7 + 0.0956638 * Х8 + 1.04312 * Х9 + 1.50199 * XII + 0.179514 * Х12.

Уравнения регрессии получены при значениях корреляционных отношений от 0.7 до 0,88,что говорит об их пригодности для использования на практике.

Анализ полученных результатов показал следующее: ,

- учет гравитационных сил нэ плоских моделях, в том числе и имитация веса зависающей консоли со стороны выработанного пространства подготовительной выработки, пполмэ допустимо проводить различными вариантами активной нагрузки ;

на плоской модели возможно установление закономерностей взаимодействия массива и крепи, имеющих различную жесткость;

наибольшее влияние на точки в замковых соединениях крепи (точки 1 и 2) оказывают: жесткость крепи усиления, длина зависающей консоли, коэффициенты бокового распора и сцепления слоев почвы, мощность непосредственной почвы;

- для точек, находящихся в почве выработки, жесткость крепи усиления и длина зависающей консоли практически

никакого влияния не оказывают. Наиболее значимыми Факторами для контура выработки со стороны почвы являются коэффициенты бокового распора и сцепления слоев почвы.

Полученные результаты легли в основу расчетно-теорети-ческой модели напряженно-деформированного состояния пород почвы повторно-используемой подготовительной выработки, которые рассмотрены в главе 3.

Учитывая то обстоятельство, что угольные месторождения характеризуются выраженной слоистостью пород кровли и почвы, а процессы, происходящие вокруг подготовительной выработки во-многом аналогичны деформационным процесам в очистном забое, в работе рассматривается гипотеза плит и балок, лежащих на упругом основании. Базовым вариантом расчета послужила методика проф.А.А.Борисова, разработанная для кровли, сложенной прочными и средней прочности породами, основанием которых служит угольный пласт, принимаемый за упругое основание.

На расчетной схеме принято распределение напряжений в кровле и почве выработки в стадии деформирования основной кровли. Опорное горное давление действует в виде закрепляющей нагрузки от зависающей над выработкой консоли основной кровли.

Закрепляющая нагрузка определяется на участке заделки консолей слоев породы по методу проф. А.А.Борисова и заменяется на равномерно-распределенную интенсивностью где С^,^ - максимальное значение спорного горного давления у краевой зоны выработки. (

Реактивная нагрузка в краевой части выработки от

опорного горного давления находится в пределах

О,< < о,Ь

где Ц, - предел прочности пород на сжатие в натурных усжо-

ВИЯХ.

В качестве расчетного обгекта рассматривается деформируемый слой непосредственной или основной почвы, принимаемый за балку вириной 1 м, вырезанный из плиты, и само упругое основание на котором лежит балка.

Конкретная реализация расчета производится с использованием уравнений плоской задачи теории упругости, где основание балки рассматривается как упругое полупространство.

характеризуемое Физическими постоянными (модуль деформации, коэффициент Пуассона и др.). В решении применены методики расчета, основанные на работах М.И.Горбунова-Посадова, Н.М.Герсеванэва и И.А.Симвулиди.

Расчет балки реализован на ЭВМ с учетом вариаций нагрузок в зависимости ст изменения горно-геологических условий. Результатом расчета являются значения прогибов балки и значения суммарной эпюры упругой линии балки.

Полученная упругая линия балки показывает основные тенденции и области возможного разрушения пород почвы.

Проведенные расчеты по определению прогибов балки, лежащей на упругом основании показывают, что максимальное пучение наблюдается со стор<?ны выработанного пространства. Максимальный прогиб имеет тенденцию смещения к выработанному пространству при увеличении длины балки.

Таким образом, действие горизонтальной составляющей горного давления и ее производных Ло плоскостям напластования становится основной причиной пучения почвы подготовительных выработок, пройденных в слоистом массиве.

Контакты слоев в почве выработки являются плоскостями ослабления, по которым происходит разрушение пород. В результате увеличения объема пород в приконтурной зоне происходит поднятие почвы выработки и выдавливание разрушенных слоев в выработку.

В связи с этим технологические мероприятия по предотвращению пучения пород почвы, которое вызвано складкообразованием слоистых пород в результате их сдвижения по полоскос-• тям напластования, рекомендуется производить со стороны очистного забоя, которые рассмотрены в главе пять.

Устранение складкообразования в данной работе предлагается осуществлять с помощью разгрузочной щели, которую необходимо проводить в почве выработки со стороны выработанного пространства впереди очистного забоя вне зоны опорного горного давления.

Сдвижение слоев пород происходит в выработанное пространство, что не накладывает каких-либо ограничений на ширину щели и не ставит в зависимость величину ее раскрытия от реологических параметров пород.

Заложение щели производится со стороны отрабатываемого лавой борта выработки под углом 45-70 град, к горизонтали на

высоте 0,7-0,8 м от почвы выработки и подбирается по углу внутреннего трения ослабляемых пород и"углу напластования.

Щель создавалась взрывным способом. Заряжание шпуров диаметром 42 мм осуществлялось аммонитом Т-19 массой 0,6 -0,9 хг/шп. Длина шпуров принималась 2,5-3,0 м (рис.2).

Апробация способов локальной разгрузки приконтурного массива почвы проводилась на экспериментальных участках конвейерных бремсбергов 812-с и 72-ю шахты "Северная" ПО "Воркута-уголь", пройденных по пласту Четвертому, являющимся защитным по отнонению к смежным пластам и отрабатываемым первым.

Бремсберги проводились комбайновым способом с верхней подрывкой, сечением в свету 10,3 и 12,8 кв.м соответственно.

В непосредственной почве выработок залегают аргиллиты мощностью 0,2-0,5 м и прочностью до 50 МПа, ниже которой залегает основная почва, представленная песчаниками прочностью от 70 до 90 МПа. Мощность песчаников на северном крыле шахтного поля 2.5-3 м, а на южном - до 5 м.

Непосредственная кровля представлена аргиллитами или алевролитами мощностью до 1,5 м и прочностью от 33 до 60 МПа. Основная кровля сложена песчаниками мощностью 6-12 м и прочностью 60-110 МПа.

Крепление выработок осуществлялось арочной металлической рамной крепью КНГ1-АЗ. На сопряжении бремсбергов с очистным забоем ь выработках устанавливалась крепь усиление. В бремсберге 812-е крепью усиления служили металлические стойки трения, а в бремсберге 72-ю - деревянные ремонтины в два ряда под каждую раму.

Для этого в конвейерном бремсберге 812-е было выделено 4 зоны, общей протяженностью 275 м, а в конвейерном бремсберге 72-ю - три зоны, протяженностью 180 м. Между экспери-\ ментальными зонами оставлялись контрольные участки, в которых никаких мероприятий не проводилось, протяженностью от 40 до ЫЗ м. Во всех зонах устанавливались замерные станции, состоящие из контурных и глубинных реперов. Определение смещений контура выработок осуществлялось с помощью маркшейдерских съемок. За трехгодичный период наблюдений било проведено свыше 1000 замеров.

Данные о конвергенции в базовой и экспериментальной зонах конвейерного бремсберга 812-е представлены на рис. 3.

Сравнение смещений в этих зонах показало, что после

/.J

< опо»мою дшшя

Рис. 2. Сиосоь отШ ПОПО»Ю-«СПОКЬЭЧЕМЫХ полютоьчтьчых ЬЫтоГОЧ

Piccionsut Л.О 1-4 IIIH.M

*t íp 2-й иьы

YC».OK35H.' -ptnivw-

ПРкЬЬ1Й-ЗТ>,

ЦМТ». - sc,

•ИИИИ US —- Bmsi, '

---Ш«.

ЮО

Рис Ъ Coiwmrabi« г»и>м» cwiwmi» почьы и mmni

ШП« ЫЛОЪО»(-)У ЭКСШГПМТ. ЗОЦ КО«». ÏHUCIW»6'2-с.

fC

взрывовелеаой разгрузки почвы пучение пород снизилось в 1,51,7 раза по сравнению с базовыми участками, достигнув 300 мм после прохода первого очистного забоя и 600 мм за весь срок службы. При этом экспериментальных зонах на 10-30 X уменьшилось опускание кровли, а общая конвергенция выработки в эк-спериментльных зонах после прохода второго очистного забоя снизилась на 700-800 мм. Данный эффект получен при заряжании шпуров аммонитом Т-19 массой 0,9 кг/ипур и взрывании комплекта шпуров вне зоны опорного давления очистного забоя. Уменьшение заряда и взрывание в зоне опорного давления в других экспериментальных зонах не привело к ощутимому снижению пучения и уменьвению конвергенции.

На южном участке иахтного поля в конвейерном бремсберге 72-ю взрывоиеяевая разгрузка с указанными параметрами привела к значительно меньшему результату. Это объясняется тем, что мощность пород почвы больше, чем на севере шахтного поля.

Изменение скоростей пучения пород почвы в конвейерном бремсберге 812-с представлено на рис.4. Увеличение скоростей пучения начинает проявляться за 30-40 м до подхода очистного забоя и имеет максимальное значение на расстоянии 10-15 м после прохода очистного забоя. Уменьшение скоростей пучения происходит на расстоянии 50-60 м за очистным забоем и достигает 5-6 мм/сут, а далее стабилизируются. Данная закономерио-

№

* л -•—* Ас\

и! И

£ " / \ \ ■

Г-'А "Ч7£ 45Л КС

г Г о :СЧС яш io AIM ,и

бо io ао о 2а ¡о бо ео too <е.о <!о

- ПК U52, 154 ----т U9,175

ььюия Ь<т ЭКСШММШШМ J.OH*

Рис.4. Изменение скоростей смещений почвы в конвейерном бремсберге 812-с.

/У

сть как для базовых, так и для экспериментальных зон. Скорости смещений в экспериментальных зонах снизились на 20-35 X.

На южном крыле шахтного поля характер изменения скоростей аналогичен изменениям на северном крыле, но увеличение схо-рсстей начинает проявляться на расстоянии 20-30 м, а стабилизируются на расстоянии 35-45 м.

В соответствии с выявленным характером изменения скоростей пучения рекомендовано для шахт ПО "Воркутауголь", отрабатывающих первоочередным пласт Четвертый, производить ремонт подготовительных выработок, сохраняемых для повторного использования, на расстоянии 70 - 80 м за очистным забоем, вместо 120-200 м, применяющимся на шахтах.

Гаки.м образом разработанный способ вэрывощелевой разгрузки почвы повторно-используемых подготовительных выработок, пройденных на больших глубинах, позволяет в определенных горно-геологических условиях обеспечит повышение их устойчивости и уменьшит пучение пород Ъочвы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных теоретических и экспериментальны* исследований получено решени" актуальной научно-практической задачи - повышения устойчивости и снижения пучения пород почвы повторно-исполь: уе!.их ¡.одготовительных выработок глубоких шахт, имеющей ватное технико-экономическое значение.

Выполненные .icc.'^ юв .ния позволили получить следующие основные результ ■ ги:

1. Экспериментально опредет. .но, что величина смещений кровли и почвы лодготог.лтельчых выработок после прохода первого очистного заеоя на расстоянии 150 м позади него, составляет 1100-3200ММ, общая конвергенция достигает 2000-2200мм, и я них на величину пучения приходится 50-60% общих смещений.

2. Натурными измерениями определен ассиметричный характер пучения пород почвы ширине выработки, с максимальными смещениям; со стороны отрабатываемого лавой столба, которые достигают в 150 м за лавой 500-600 мм, по оссвой линии выработки - 403-500 мм и противоположного борта - 300-400 мм.

3. Установлено, что основными факторами, влияющими на на-пряженно-деформиропанное состояние подготовительных выработок, пройденных в слоистом пассиве на больших глубинах помимо глубины заложения выработки, мощности и прочности непос-

редственной и основной кровли и почвы, являются величина сцепления пород непосредственной и основной почвы и коэффициент бокового распора, жесткость и несущая способность крепи усиления.

4. Установлено, что действие горизонтальной составляющей горного давления является основной причиной пучения почвы повторно-используемых подготовительных выработок, а так как максимальное пучение наблюдается со стороны выработанного пространства возникает необходимость проведения разгрузочной щели со стороны отрабатываемого лавой столба.

5. Предлагаемый способ вэривощелевой разгрузки почвы, проводимый вне зоны опорного давления от очистного забоя с апробированными в шахтных условиях параметрами позволяет снизить пучение в 1,5-1,7 раза, а общую конвергенцию в 1,31,5 раза.

6. По скоростям изменення пучения пород почвы установлено, что зона активных смещений пород почвы при равных начальных параметрах проведении и крепления выработки определяется только горно-геологическими условиями и не зависит от скорости движения лавы. Эта зона начинается в 30-40 м перед лавой и заканчивается в 50-60 м за лавой независимо от проводимых мероприятий по разгрузке приконтурного массива.

7. Падение скоростей деформаций пород почвы до 5*6 мм/сут после прохода очистного забои свидетельствует, что подготовительная выработка, сохраняемая для повторного использования, вошла в зону стабилизации, с началом которой рекомендуется производить ремонтные работы.

8. Предложенные на основе разработанного способа взрыво-щелевой разгрузки почвы повторно-используемых подготовительных выработок глубоких шахт технические решения обеспечивают; снижение объема ремонтных работ и повышают технико-экономические показатели.

Годовой экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы на вахте "Северная" составил 28 тыс. руб. Ожидаемый годовой экономический эффект по объединению "Воркутауголь" - свыше 1 млн. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Пихконен л.В. Некоторые вопросы безремонтного поддержания подготовительных выработок на шахтах ПО "Воркута-уголь" и "Интауголь". //Совершенствование методов разведки и дсеши полезных ископаемых Крайнего Севера; - Сыктывкар: СГУ, 1565. - с. 41-42.

г?

2. пихконен Л.В. Борьба с пучением пород почвы методом взрывощелевой разгрузки. //Современные методы разведки и разработки месторождений полезных ископаемых в условиях Крайнего Севера; - Сыктывкар,СГУ,1989. - с. 106-107.

3. Пихконен Л.В., Хихарев С.Я. Определение усилий в слоистой почве подготовительных горных выработок; - Л.: ЛГИ,1990. - с. 72-76.

4. Павлов Б.С., Загора А.К., Хихарев С.Я., Пихконен Л.В. X методике определения смещения пород в участковых выемочных выработках. //Уголь,5,1931. - с.55-57.

5. Метелев А.Н., .Жихарев. С.Я., Пихконен Л.В. Расчет вторичных осадок пород основной кровли в лавах пологих угольных пластов. //Известия вузов. Горный журнал, 11. 1991. - с.38-41.