автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Повышение устойчивости основных подготовительных и участковых выработок антрацитовых шахт с помощью торпедирования

. ИЛ '12 92

Министерство науки, высшей школы и технической политики Российской Федерации

Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

На правах рукописи ПЕТРЕНКО Виктор Николаевич

УДК 622.268.13:622.261.27 -. 622.831.22 (043.3)

ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ОСНОВНЫХ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ И УЧАСТКОВЫХ ВЫРАБОТОК АНТРАЦИТОВЫХ ШАХТ С ПОМОЩЬЮ ТОРПЕДИРОВАНИЯ

Специальность 05.15.02 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени горном институте и ПО по добыче антрацита «Торезантрацит».

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. КАТКОВ Г. А., канд. техн. наук ЛИСИЧКИН В. Г.

Ведущее предприятие — Производственное объединение «Донецку голь».

в . . час. на заседании специализированного совета

К-053.12.02 в Московском горном институте по адресу. ! 17935, ГСП, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « » . МР^.^. . 1992 г. Ученый секретарь специализированного совета •

Научный руководитель докт. техн. наук, проф. ЧЕРНЯК И, Л.

Защита диссертации состоится

канд. техн. наук, с. н. с. КОРОЛЕВА В. Н.

я; г •• '■;. у:.-.

5 СУД

>4

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На шахтах Донецкого бассейна глубина разработки достигает 1200 м. На такой глубине ведение горных работ сопровождается большими деформациями вмещающих пород, что приводит к значительному объему работ по ремонту подготовительных выработок.

Опыт отработки угольных пластов на больших глубинах показывает, что смещения кровли и почвы в зонах влияния очистных работ достигают высокой интенсивности и приводят к потере выработкой рабочего сечения.

Большие объемы ремонтных работ являются следствием увеличения как глубины разработки, так и недостаточного знания закономерностей проявлений горного давления, приводящего к использованию решений, не отвечающих требованиям геомеханической обстановки.

Проведенные ранее исследования показали, что максимальные напряжения возникают в зонах динамического опорного давления и в значительной степени зависят от состава и структуры вмещающих пород. Структура и состав вмещающих пород определяют концентрацию напряжений в зонах влияния очистных работ и для управления ими необходимо знать роль каждого из слоев, участвующих в формировании опорного давления.

Для повышения устойчивости подготовительных выработок в настоящее время используют способы снижения напряжений в массивах, упрочнения пород или их комбинации. Снижение напряжений в породах кровли может производиться с помощью торпедирования. Эффективность способа зависит от правильности выбора его параметров.

В связи с этим установление закономерностей проявлений динамического опорного давления и параметров взрывного способа снижения напряжений в массивах пород для повышения устойчивости выработок является актуальной научной задачей.

Цель работы. Установление зависимостей периодических проявлений опорного давления от состава и структуры пород кровли для обоснования параметров торпедирования в под-

готовительных выработках, обеспечивающего снижение затрат на их поддержание.

Идея работы заключается в использовании периодического характера проявлений опорного давления в подготовительных выработках для обоснования параметров торпедирования пород кровли.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:

закономерности формирования проявлений горного давления в подготовительных выработках впереди очистных забоев, отличающиеся учетом периодичности, связанной с зависанием и обрушением пород основной кровли в выработанном пространстве;

установление влияния отдельных слоев пород кровли на смещения пород в подготовительных выработках для выбора путей управления ими;

торпедирование кровли при охране основных выработок без целиков, отличающееся разрушением слоев пород, вносящих основной вклад в опорное давление за счет ликвидации у них заделки и снижения последствий первичной осадки;

параметры торпедирования наиболее значимых слоев пород кровли выемочных выработок, отличающиеся учетом периодического характера изменения опорного давления.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована:

представительным объемом результатов шахтных инструментальных наблюдений в типовых горно-геологических условиях (около 10000 измерений);

достаточной сходимостью аналитических и экспериментальных исследований проявлений горного давления;

положительными результатами внедрения рекомендаций по применению способа торпедирования на шахтах «Прогресс» и им. Лутугина ПО «Торезантрацит».

Научное значение работы заключается в установлении роли динамической составляющей опорного давления в смещениях кровли в подготовительных выработках и доли отдельных слоев в ее формировании.

Практическое значение работы заключается в разработке параметров торпедирования с учетом литологического состава и структуры пород кровли.

Реализация выводов и рекомендаций. Рекомендации по применению способа торпедирования кровли в основных и подготовительных выработках внедрены на шахтах «Прогресс» и им. Лутугина.

Экономический эффект от внедрения составил 1300 тыс. руб.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 3 статьи.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, изложенных на 133 страницах машинописного текста, содержит 23 рисунка, 22 таблицы, список использованной литературы из 78 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Вопросу повышения устойчивости подготовительных и основных выработок посвящено большое количество теоретических и экспериментальных исследований. Существенный вклад в решение этого вопроса внесли институты ИГД им. А. А. Скочинского, ВНИМИ, ДонУГИ, ИПКОН, МГИ, ЛГИ, ДПИ, ДГИ и др.

Проведенный анализ исследований проявлений горного давления в подготовительных выработках показал, что в настоящее время выявлены основные закономерности деформирования массивов пород в зонах влияния очистных работ. Полученные исследователями и практиками знания дали возможность разработать ряд эффективных способов повышения устойчивости выработок.

В то же время, с увеличением глубины разработки возрастают трудности поддержания подготовительных и основных выработок. В ряде горно-геологических условий существующие и широко применяемые способы не дают необходимого эффекта. В некоторых случаях новые способы очень медленно внедряются в связи с отсутствием необходимой техники их выполнения.

Важным условием применения новых способов является определение их параметров и точной области применения.

Проведенный анализ исследований горного давления показал, что в зоне влияния очистных работ впереди лавы деформирование пород вокруг выработок имеет периодический характер. В зоне влияния очистных работ впереди лавы от 70 до 90% смещений кровли являются следствием проявлений динамической составляющей опорного давления. Динамическая составляющая опорного давления формируется впереди лавы в результате зависания пород непосредственной и основной кровли над выработанным пространством. Напряжения в заделке распространяются как впереди лавы, так и по ее бокам, что приводит к концентрации напряжений вокруг подготовительных выработок.

Для основных выработок характерен рост напряжений по мере удаления очистного забоя от разрезной печи. В этом случае напряжения возрастают при увеличении размеров консолей.

Основной целью мероприятий по повышению устойчивости выработок является предупреждение роста напряжений путем изоляции выработки от распространяющихся по площа-

ди напряжений. Такая изоляция может быть осуществлена путем разрушения пород.

В связи с этим целью диссертационной работы является установление зависимостей периодических проявлений опорного давления от состава и структуры пород кровли для обоснования параметров торпедирования в подготовительных выработках, обеспечивающего снижение затрат на их поддержание.

Изложенное выше определило задачи исследований: провести анализ путей и способов повышения устойчивости подготовительных выработок;

провести шахтные инструментальные наблюдения за смещениями пород с целью определения параметров периодичности проявлений горного давления;

установить влияние литологического состава пород кровли на проявления горного давления;

установить параметры торпедирования слоев кровли; провести эксперименты в шахтных условиях по повышению устойчивости основных и подготовительных выработок;

разработать рекомендации по применению торпедирования в основных и подготовительных выработках.

Для выполнения поставленных задач в работе использованы: анализ литературы, шахтные инструментальные наблюдения, промышленный эксперимент, а также методы обработки результатов наблюдений с применением методов математической статистики и гармонического анализа.

В качестве объектов исследований были выбраны шахты «Прогресс» и им. Лутугина ПО «Торезантрацит». Все наблюдения и эксперименты проведены в выработках пласта Л8 на глубинах от 660 до 1200 м.

Непосредственная кровля угольного пласта представлена песчано-глинистым сланцем мощностью 1,5—11,8 м, выше которого— песчанистый сланец мощностью 7—12 м. Почва угольного пласта представлена песчанистым сланцем.

Шахтные инструментальные наблюдения проводились на участках длиной 50—200 м, на которых через 1 м устанавливались контурные реперные станции.

Деформации пород кровли выработок изучались с помощью глубинных реперных станций.

Результаты шахтных инструментальных наблюдений обрабатывались по методике МГИ с применением методов математической статистики и гармонического анализа.

Одной из основных задач шахтных инструментальных наблюдений являлось установление основных причин формиро вания опорного давления. С этой целью инструментальные наблюдения проводились также и в очистных забоях, где в 5 сечениях по длине лавы ежедневно измерялось опускание кровли.

Наблюдения в 1-й южной лаве игахты «Прогресс», оборудованной механизированной крепью М-88, показали большой разброс опусканий кровли. По задним стойкам крепи максимальные значения опусканий составляли в среднем 31,9, а минимальные 4,5 мм. Среднеквадратические значения отклонений по передним стойкам составляли 7,4, а по задним 6,1 мм. Коэффициент вариации опусканий кровли по передним стойкам составил 0,43, а по задним — 0,4.

Анализ показал, что максимальные значения коэффициента вариации наблюдаются в 41—43 м от выработанного пространства, а минимальное — в 80—82 м.

Измерения показали, что опускания передних стоек превышали опускание задних, что обычно имеет место при блочном опускании слоев пород непосредственной и основной кровли. Блоки непосредственной кровли опускались с шагом 6,5—8,5 м. Основная кровля имела максимальный шаг обрушения около 80 м. Основная доля смещений кровли в приза-бойном пространстве у конвейерного ходка была обусловлена слоями пород с шагом обрушения 16—20 м (30%) и около 80 м (34%)- В средней части лавы основное влияние на опускание кровли оказывали слои с шагами обрушения 17,4; 27,5 и 45 м, а у вентиляционного штрека с шагами 16; 26 и 44 м.

Наблюдения за опусканием кровли в 14-й восточной коренной лаве шахты им. Лутугина показали, что максимальное значение опусканий наблюдается в средней части лавы. Максимальное опускание имели передние стойки. Их опускание в 1,75 раза превышало опускание со стороны выработанного пространства.

Уменьшение максимальных значений смещений, а также средних значений, среднеквадратических отклонений и коэффициентов вариации является следствием влияния заделки слоев пород со стороны массива и выработанного пространства. Со стороны массива заделка слоев отличается жесткостью и приводит к увеличению коэффициента вариации.

Гармонический анализ дал возможность определить число основных слоев, определяющих опускание кровли и их роль, а также параметры. Установлено, что шаг обрушения непосредственной кровли составляет 6,3—7,8 м, причем минимальный шаг обрушения наблюдается в середине лавы, а максимальный вблизи заделки со стороны массива. По мере удаления от пласта роль заделки снижается и, видимо, большое значение приобретает роль подбучивания.

Наблюдения и их анализ показали, что по мере движения лавы смещения кровли периодически изменяются вследствие изменения длин зависающих консолей пород.

Зависание и обрушение пород кровли приводят к периодическому изменению напряженно-деформированного состояния пород и вокруг подготовительных выработок.

С целью определения параметров периодического изменения напряженно-деформированного состояния пород вокруг подготовительных выработок пласта нами были проведены инструментальные наблюдения за смещениями пород во 2-м западном бортовом ходке шахты «Прогресс».

Наблюдения показали, что изменение смещений в выработке по мере движения очистного забоя указывает на закономерное увеличение опорного давления. При этом приближение и последующее удаление очистного забоя от исследуемого участка выработки вызывают рост доли смещений, обусловленной статической составляющей опорного давления, т. е. с напряжениями, не связанными с концентрацией напряжений в связи с заделкой зависающих консолей пород. Эта доля в 10 м впереди лавы составляла 23, а в 10 м позади лавы 36% от максимальной величины смещений. Дальнейшее удаление очистного забоя приводит к увеличению доли статической составляющей опорного давления. На некотором удалении от лавы 100% приращений смещений происходит за счет роста статической составляющей опорного давления.

С помощью гармонического анализа выделено четыре гармоники с периодами 2,1—2,8; 6—7,5; 10,7—12 и 30—34 м.

Наибольшее влияние на формирование динамической составляющей опорного давления оказывает слой с шагом обрушения 10,7—12 м, доля которого в 10 м позади лавы составляет 38%. Следующим по значению является слой с шагом обрушения 30—34 м, доля которого в 10 м позади лавы достигает 35%. Доля влияния слоев пород непосредственной кровли с шагами обрушения 2,1—2,8 и 6—7,5 м достигала соответственно 12,5 и 25,5%.

Анализ показал изменение роли отдельных слоев по мере изменения положения очистного забоя. Так, в 20 м впереди лавы доля слоев непосредственной кровли составляет 25% от суммарной величины динамической составляющей опорного давления. В 10 м впереди лавы эта доля достигает 54%, а на сопряжении с лавой — 46%; в 10 м позади лавы — 27%. Соответственно изменяется и роль основной кровли. Доля статической составляющей опорного давления на сопряжении с лавой достигает 36%.

Наши наблюдения подтверждают выводы работ МГИ, что динамическая составляющая опорного давления формируется действием зависающих консолей слоев пород непосредствен:-ной и основной кровли.

Динамическая составляющая действует на ограниченном участке выработки впереди и позади лавы, но ее доля может достигать больших размеров. Поэтому уменьшение напряжений, являющихся следствием влияния зависающих консолей пород впереди и позади лавы, может значительно снизить

смещения пород кровли и почвы в подготовительных выработках.

Статическая составляющая опорного давления также частично может быть уменьшена за счет уменьшения длины остаточных консолей.

Приведенные данные показывают, что по мере движения очистного забоя роль составляющих опорного давления изменяется. Максимальная доля смещений пород впереди лавы обусловлена влиянием динамической составляющей опорного давления. В связи с этим повышение устойчивости подготовительных выработок должно осуществляться в первую очередь путем уменьшения этой доли.

Этой цели можно достичь двумя путями: 1) недопущением зависания слоев пород изменением способа управления кровлей; 2) изоляцией массива пород вокруг выработки от распространения напряжений при воздействии опорного давления.

Второе направление осуществляется с помощью торпедирования.

Указанные выше предпосылки легли в основу разработки способа и параметров сохранения основных выработок без оставления целикоп и определения параметров торпедирования пород кровли в выемочных выработках.

Экспериментальные работы по бесцеликовой охране основных выработок проводились на шахтах «Прогресс» и им. Лу-тугина. Сущность экспериментов заключалась в обеспечении устойчивости откаточного и конвейерного штреков без оставления целиков при расположении монтажной камеры впри-сечку к откагочному штреку.

Обоснованием проведения экспериментов является то, что по мере отхода очистного забоя от разрезной выработки увеличивается площадь обнаженных пород и повышается коэффициент концентрации напряжений в заделке. Если плиты непосредственной кровли достигают предельных размеров, они обрушаются и напряжения в заделке уменьшаются. Дальнейшее подвигание очистного забоя приводит к обрушению пород нижнего слоя основной кровли. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вышележащие породы кровли полностью подбучиваются. Постепенное и последовательное обрушение пород непосредственной и основной кровли приводит к пикообразному изменению напряжений в заделке, сопровождающемуся ростом пиковых значений. Длительное действие зависающих слоев пород вызывает большие деформации, вследствие чего возникает необходимость оставления целиков больших размеров.

В связи с этим нами было предложено провести торпедирование пород из южного откаточного штрека шахты «Прогресс» с целью разрушения пород кровли в заделке и недо-

пущения образования плит больших размеров и высокой концентрации напряжений.

Одним из главных вопросов при осуществлении торпедирования является определение слоев пород, вносящих основной вклад в формирование опорного давления с целью правильного выбора длин скважин и расположения зарядов.

Анализ приведенных выше результатов обработки наблюдений в выработке пласта /г8 шахты «Прогресс» показывает, что максимальное влияние на смещения пород оказывают слои с шагами обрушения 10—12; 16—20; 26—27,5; 80 м. Общая мощность слоев пород, участвующих в обрушении, характерна для блочного обрушения и опускания пород, представленных мощными слоями песчанистого сланца. Такой характер обрушения пород предопределил глубину торпедирования, равную 13—15 м.

Согласно «Инструкции по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках», разработанной ВНИМИ, были приняты параметры заложения скважин и зарядов. Расстояние между скважинами при прочности пород до 80 МПа было принято не более 4—5 м. Угол наклона скважины в сторону выработанного пространства принят таким, чтобы породный козырек был не менее 1 м, а расстояние от штрека до проекции забоя скважины на пласт не более 4 м.

После проведения торпедирования в откаточном штреке проводились наблюдения за изменением высоты и ширины выработки, за просадкой в замках крепи и за деформациями пород кровли с помощью глубинной реперной станции.

Наблюдения показали, что' по мере, удаления очистного забоя от монтажной камеры коэффициент вариации смещений кровли и почвы изменяется незначительно. Максимальное изменение средних значений смещений кровли и почвы имело место на участке подвигания лавы от 0 до 30 м от монтажной камеры. Минимальная скорость смещений имела место при удалении лавы на 100—190 м от разрезной выработки и была равна 0,33 мм на 1 м подвигания лавы для кровли и 3,8 мм — для почвы.

Просадка в замках измерялась как со стороны массива, так и со стороны выработанного пространства, при этом отмечена ее значительная изменчивость. При удалении лавы от откаточного штрека на 20, 50 и 100 м просадки стоек с учетом среднеквадратического отклонения составляли: со стороны лавы 485 + 214; 547±228; 598±265, а со стороны массива 137± 130; 174± 130; 208±160. Ширина и высота выработки при отходе лавы от монтажной камеры на 20 м были 3177±214 мм и 2394±167 мм, а при отходе лавы на 100 м — 3032±218 и 2067±191 мм.

Измерения показали, что при максимальных просадках в замках крепи высота выработки составляла 2040 мм при отходе лавы на 100 м. При этом площадь поперечного сечения выработки уменьшилась с 10,4 до 5,2 м2 в свету. Пучение почвы достигало 700—1100 мм.

Результаты наблюдений за деформациями пород кровли с помощью глубинной реперной станции показали, что максимальные смещения кровли наблюдались при подвнгании лавы от монтажной камеры на 70 м. При этом основная доля смещений (около 50%) падала на расширение двухметрового слоя у контура. Репер, удаленный от контура на 6 м, практически не смещался.

Коэффициент расширения метрового слоя у контура составил 1,05, а двухметрового—1,04. При предельной деформации песчанистого сланца 3-10~2 зона разрушенных пород составляет 1,5 м. Размер зоны неупругих деформаций достиг б—7 м, а коэффициент расширения пород в этой зоне — 1,02.

Длительные наблюдения показали отсутствие динамических явлений, проявляющихся при зависании и первом обрушении кровли.

Максимальное усилие на гидравлических стойках крепи в лаве не превышало 700 кН, что соответствует уровню срабатывания предохранительных клапанов. Посадки крепи «на жестко» зафиксированы не были, что говорит об отсутствии зависаний основной кровли и ее обрушении вблизи разрезной выработки.

Проведенный эксперимент показал, что торпедирование дает возможность не только сохранить откаточный штрек, но и предупредить вредные последствия первых осадок основной кровли. Торпедирование кровли отсечными скважинами уменьшило шаг первой посадки основной кровли до 20 м.

Для восстановления площади поперечного сечения выработки потребовалась замена отдельных рам и подрывка почвы на 800—1000 мм. В целях предупреждения пучения почвы торпедирование следует сопровождать взрыванием каму-флетных зарядов в почве пласта.

В конвейерном штреке 14-й восточной лавы шахты им. Лу-тугина также было осуществлено торпедирование кровли и проведены инструментальные наблюдения. Наблюдения показали, что при подвигании лавы от разрезной выработки на 90 м смещения кровли не превышали 100 мм, что не приводило к потере устойчивости крепи.

Измерения показали, что после торпедирования кровли и подвигания лавы на 90 м сечение выработки уменьшается незначительно (высота на 4,8%, а ширина на 9,6%).

С целью изучения природы деформаций в 14-м конвейерном штреке была установлена реперная станция с расположением реперов на глубину до 10 м от контура. Наблюдения

показали, что интенсивное деформирование началось при по-двнгании лавы на 20—25 м от разрезной выработки.

Измерениями установлено смещение пород на глубину 8 м от контура. Максимальное расслоение пород наблюдалось в приконтурном метровом слое.

Большое расширение приконтурного слоя является следствием недостаточного сопротивления крепи.

Проведенный эксперимент и наблюдения показали, что в результате торпедирования 14-й конвейерный штрек был сохранен без оставления целика.

Анализ наблюдений и экспериментов показывает, что динамическая составляющая опорного давления оказывает существенное влияние на устойчивость основных выработок. Периодическое зависание и обрушение пород при подвигапии лавы от разрезной печи является основной причиной деформаций пород. Поэтому основной задачей является недопущение высоких значений концентрации напряжений. Кроме того, на больших глубинах растут размеры охранных целиков.

В связи с этим снижение концентрации напряжений является основным средством повышения устойчивости основных выработок.

Эксперименты показали, что торпедирование является эффективным средством сохранения основных выработок в рабочем состоянии без оставления целиков.

Наблюдения также показали, что большое различие смещений в основных выработках со стороны выработанного пространства и со стороны массива указывает на необходимость применения усиливающих крепей в виде прогонов или гидравлических стоек.

Значительные особенности имеет торпедирование пород кровли в подготовительных участковых выработках, предназначенных для повторного использования. Эти особенности связаны с различием в проявлениях горного давления.

Эксперименты на шахте «Прогресс» были проведены во 2-м и 4-м западных бортовых ходках.

Опережение торпедирования по отношению к очистному забою было принято на основании наблюдений за смещениями пород. Это расстояние составило 30 м. На таком расстоянии проводились работы по бурению и взрыванию зарядов.

Во 2-м западном бортовом ходке торпедирование было проведено на участке длиной 35 м. Наблюдения проводились на экспериментальном и контрольном участках.

Как и для основных выработок, главным вопросом является определение слоев пород, которыми надо управлять для уменьшения роли динамической составляющей опорного давления.

Статистический ан'-ализ наблюдений показал, что средне-квадратическое отклонение смещений пород кровли в 3 раза,

а почвы в 5,1 раза меньше на экспериментальном участке, чем на контрольном.

Гармонический анализ показал, что на слон с шагами обрушения 11,5 и 33 м приходится около 63% влияния от суммарной величины динамической составляющей смещений. Однако доля слоев и их роль изменяются в зависимости от расстояния до лавы.

Так, на сопряжении с лавой и в 10 м позади нее заметное влияние имеет слой с шагом обрушения около 8 м. Впереди очистного забоя более важное значение имели слон с шагами обрушения 11,5 и 33 м.

На участке торпедирования влияние слоев значительно меньше, чем на контрольном.

Активное воздействие на массив с целью снижения его прочностных характеристик осуществлялось в пределах одной литологической разности, представленной песчанистым сланцем. Заряд располагался в верхней части слоя, разрушение которой предпочтительней, чем любой другой части, так как в момент зависания слоев в этой части действуют растягивающие напряжения. Снижение интенсивности проявлений напряжений от действия отдельных слоев изменило характер проявлений опорного давления, что выразилось в снижении конечной величины смещений в 20 м позади лапы на 74% по сравнению с контрольным участком.

Сопоставление показателей смещений па контрольном и экспериментальном участках дает возможность констатировать: снизились пиковые смещения кровли в среднем па 67%, уменьшилась величина динамической составляющей опорного давления в среднем на 61% в кровле и на 89% в почве, снизилось влияние наиболее значимого слоя (песчанистого сланца) в формировании динамической составляющей опорного давления в кровле на 64% и в почве на 85 % • Влияние отдельных слоев уменьшилось в кровле и почве следующим образом: слой с шагом обрушения 30—34 м — на 33 и 30,2%; слой с шагом обрушения 10,7—12,0 м — па 34 и 33,4%; с шагом 6—8,5 м — на 21 и 22% и слой с шагом обрушения 2,1 — 4,7 м —на 10,8 и 14,5%.

В 4-м западном бортовом ходке южной панели торпедирование производилось впереди очистного забоя на участке длиной 200 м. На экспериментальном участке было пробурено 50 скважин под углом 70° к горизонту. Расстояние между скважинами 4 м. Заряд ВВ — 5 кг. Контрольный участок имел длину 50 м.

Обработка результатов наблюдений дала возможность установить, что динамическую составляющую опорного давления формируют четыре слоя пород кровли.

Первый из них, обрушающийся с шагом 3,4 м, представляет непосредственную кровлю. Три слоя основной кровли

имели шаги обрушения 15,8—16,5; 24—25,9 и 40—41,5 м. На долю непосредственной кровли приходилось от 13,8 до 18,4% изменения смещений от влияния динамической составляющей опорного давления. Наибольшее влияние на смещения оказывали 3 (29%) и 4 (34%) слои. Динамическая, составляющая смещений давала 80% суммарной величины.

Измерения нахлеста элементов крепи на контрольном и экспериментальном участках показали, что на экспериментальном участке нахлест в среднем составил 150 мм, а на контрольном 300 мм со стороны лавы и 280 и 190 мм—со стороны массива соответственно.

Проведенные эксперименты в бортовых выработках показали высокую эффективность торпедирования с помощью взрывания ВВ в отсечных скважинах.

Эффект достигается тем, что разрушение пород кровли создает преграду для распространения напряжений на породы, окружающие подготовительные выработки.

В то же время анализ геомеханических процессов и результатов экспериментов показывает необходимость дальнейшего совершенствования способа.

Эксперименты в бортовых выработках не учитывали периодический характер изменения опорного давления, так как скважины располагались по длине выработки на равном расстоянии друг от друга. Очевидно, что скважины необходимо располагать на тех участках подготовительной выработки, которые испытывают максимальное влияние зависающих пород кровли. При этом необходимо торпедировать те слои, которые вносят максимальный вклад в формирование динамической составляющей опорного давления.

Для условий пласта Н& шахты «Прогресс» сущность поочередного торпедирования заключается в следующем: под углом 70° бурятся скважины длиной 9—10; 13—14 и 18 м для торпедирования 2, 3 и 4-го слоев зависающих пород. Так как максимальный вклад в смещения вносит 4-й слой с шагом обрушения 41 м, то в первую очередь производится его торпедирование, а через 25 и 16 м бурятся скважины для торпедирования 3-го и 2-го слоев.

Учет периодичности проявлений горного давления и определение роли слоев пород дают возможность значительно повысить эффективность способа повышения устойчивости выработок.

Экономический эффект в результате выполненных экспериментов составил 1300 тыс. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной для угольной промышленности научной задачи установления зависимостей периодических проявлений опорного давления от состава и структуры пород кровли для обоснования параметров торпедирования в подготовительных выработках, обеспечивающего снижение затрат на их поддержание.

Основные научные выводы и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. В результате исследований установлено, что ведение очистных работ длинными очистными забоями с обрушением приводит к периодическому изменению напряженно-дсфгргш-рованного состояния массива пород впереди очистного забоя. Показано, что напряженно-деформированное состояние массива пород впереди лавы в основном определяется динамической составляющей опорного давления. В условиях пласта шахты «Прогресс» динамическая , составляющая опорного давления определяет до 60—80% всех смещений пород кровли в подготовительных выработках.

2. Установлено, что в условиях пласта /г8 при залегании в кровле песчанистых сланцев основная доля смещений обусловлена породами основной кровли с шагами обрушения бо лее 8—10 м.

Показано, что по мере движения очистного забоя роль слоев в формировании опорного давления изменяется. В 10 м впереди лавы доля смещений кровли, обусловленная влиянием пород непосредственной кровли, достигает 54%, а в 10 м позади она снижается до 27%. Доля смещений, обусловленная влиянием основной кровли в 10 м позади лавы, достигает 70%.

■3. Определены шаги обрушения слоев пород основной кровли и их доля в формировании смещений. Показано, что основная доля смещений пород в подготовительных выработках определяется зависанием слоев пород с шагами обрушения 12—14 и 38,8—80 м.

4. Предложен и испытан способ проведения разрезных печей впрнсечку к основным выработкам и сохранения последних с помощью торпедирования пород кровли. В результате экспериментов без целиков сохранены две основные выработки на шахтах «Прогресс» н им. Лутугина общей протяженностью 360 м.

5. Эксперименты и шахтные инструментальные наблюдения показали значительное уменьшение влияния первой посадки основной кровли. Установлено, что влияние первой посадки проявляется на участке от разрезной выработки до 20—50 м. При этом не обнаружено влияние первых посадок основной кровли на просадки стоек механизированной крепи.

1-3

Показано, что при торпедировании пород из основных выработок целесообразно проведение торпедирования в примыкающих подготовительных выработках.

6. Установлено, что при залегании в кровле песчанистых сланцев мощностью выше 8—10 м целесообразно применение торпедирования для управления динамической составляющей опорного давления.

7. Экспериментальными работами в двух бортовых выработках показано, что торпедирование приводит к уменьшению смещений кровли в 2—3 раза. Максимальные значения смещений пород уменьшаются в среднем па 67% в кровле и на 89% в почве выработок.

8. Установлено, что с помощью торпедирования изменилось влияние отдельных слоев пород кровли на амплитуду смещений. Влияние слоев с шагом обрушения 33 и 10—12 м уменьшилось на 33—34%, слоя с шагом обрушения 6—8,5 м на 21% и слоя с шагом обрушения 2,1—4,7 — на 10,8%.

9. Предложена схема расположения скважин с учетом параметров отдельных слоев пород. Показано, что торпедирование отдельных слоев пород должно производиться в соответствии с шагом обрушения слоя.

10. Экономический эффект в результате выполненных экспериментов на шахтах «Прогресс» и им. Лутушна составил 1300 тыс. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Черняк И. JI., Гринько С. Н., Петренко В. Н. Поддержание откаточного штрека без оставления целика. — Уголь Украины, 1990, № 5, с. 9.

2. Черняк И. Л., Торгашов И. А., Петренко В. Н. Влияние торпедирования кровли на проявления опорного давления в подготовительных выработках. — Уголь Украины, 1991, № 1, с. 15—17.

3. Петренко В. Н. О применении способа борьбы со вспу-. чиванием пород почвы в подготовительных выработках с помощью отсечных скважин. — ЦБНТИ Минуглепрома СССР, 1990, 4 с.