автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Совершенствование способов охраны подготовительных выработок при разработке крутых и крутонаклонных угольных пластов с почвами, склонными к сползанию

Министерство топлива и энергетики Российской Федерации

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОРНОЙ ГЕОЧЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА р! О ОД Б Н И М И

о пул Тг&З "Э правах рукописи

Горный инженер АЛЫШЕВ Николай Александрович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБОВ ОХРАНЫ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ РАЗРАБОТКЕ КРУТЫХ й КРУТ0НАКЛ01ШХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ С ПОЧВАЖ, СКЛОННЫМИ К СПОЛЗАНИЮ

Специальность 05.15.02

Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученей степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1993

Работа выполнена в Государственном предприятии научно-исследовательском институте горной геомеханики и маркшейдерского дэла С ВНИМИ ).

мучная руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущээ предприятие:

доктор технических наук, профессор ВОСКОБОЕВ Фридрих Николаевич

доктор технических наук, профессор ЗУБОВ Владимир Павлович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник СЕМЁНОВ Юрий Алексеевич

ПО "Орджоникидэауголь"

защита состоится

„ & „

¿¡¿¿гСе^/З-У 1993 г. в " /0"час, на заседании специализировэнног б Совета 2 135.06.01 при Государственной предприятии научно-исследовательского института горной геомехэники и маркшейдерского дела (ВНИКИ) по адресу: 199026, г.С.-Петербург, В-26, Средний пр., 82, зал заседаний Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института с 9 до 15 час. 30 мин.

Автореферат разослан 1993

исх. * /■<?-/О 2-2

Ученый секретарь специализированного Совета доктор технических наук, профессор

В.М.ШИК

г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Разработка угольных пластов Центрального района Донбасса (ЦРД) осложнена рядом специфических горно-геологических факторов, одним из которых является сползание боковых пород в плоскости напластования вообще, а пород почв, в частности.

Сползание пород почвы происходит, как правило, внезапно в динамическом режиме, практически при всех традиционно применяемых способах поддержания и охраны выработок,и приводит к катастрофическим последствиям в связи с нарушением эксплуатационного состояния очистных и подготовительных выработок. Сложность решения проблемы предопределяется недостаточной изученностью механизма явления и,как следствие, несовершенством практических мероприятий по его предупреждению.

Диссертация является составной частью исследований, проводившихся с 1987 года во ВНИМИ с участием автора по темам:

1) 0292559000: "Разработка рекомендаций по охране подготовительных выработок в сложных горно-геологических условиях с механизированным возведением искусственных опор" (№ гос;регистрациии 01900009351);

2) 0293115205: "Проведение шахтных и лабораторных исследований перспективных способов и средств управления горным давлением при разработке тонких и средней мощности крутых пластов Донбасса, в том числе без присутствия лгдей в очистном забое".(№ гос.регистрации 01860077976).

Цель работы. Разработать технические и технологические способы и средства, обеспечивающие эксплуатационное состояние пластовых подготовительных выработок на пластах с породами почвы,склонными к сползанию.

Основная идея работы. Выбор и определение рациональных параметров средств охраны выработок на основе системного анализа факторов, способствующих и препятствующих процессу сползания в конкретной геомеханической ситуации на выемочном участке.

Задачи исследований.

1. Изучение особенностей свойств, строения и условий залегания угольных пластов и вмещающих пород, потенциально склонных к сползанию в плоскости напластования.

2. Выявление и оценка степени влияния природных и производственно-технических факторов, обуславливающих возможность реализации процесса относительного смещения боковых пород в плоскости напластования.

I

I

3. Установление механизма сползания боковых пород в плоскости напластования.

А. Разработка усовершенствованной методики расчета сползания боковых пород в плоскости напластования.

5. Обоснование и разработка практических мероприятий по предупреждению процесса сползания почвы.

Методика исследований' включала в себя: обобщение и анализ производственного опыта охраны и поддержания выработок в условиях проявлений сползания почв, применение экспериментальных (шахтных, лабораторных) и инженерно-аналитических исследований с последующим сопоставлением, обобщением результатов и оценкой их эффективности в производственных условиях.

Научные положения, защищаемые в работе:

1) механизм деформирования и сползания боковых пород по падении инициируемый,в основном,зависанием и обрушением пород основной кровли, характеризующийся предварительным деформированием и локальными разломами пород непосредственной почвы под влиянием напряжений в зоне опорного давления лавы с последующим сползанием почвы при наступлении предельного равновесия под действием составляющих сил веса основной кровли, обрушающейся в динамическом режиме;

2) средства активной охрены и поддержания подготовительных выработок, имеющих сцепление или начальный распор с боковыми породами для предотвращения сползания почвы;

3) мероприятия по управлению боковыми породами в очистном забое, обеспечивающие смещение труднообрушаемых пород кровель в режиме плавного опускания.

Научная новизна работы.

1. Установлена зависимость между усилием, способствующим сползанию непосредственной почвы, и характером и объемом обрушающейся основной кровли, имеющим потенциальную возможность передачи дополнительного усилия в направлении падения.

2. Обоснована необходимость применения средств охраны выработок, устанавливаемых со сцеплением или высоким начальным распором с боковыми породами, а также специальных мер по управлению боковыми породами в лаве, предотвращающими сползание почв.

3. Обоснованы условия предельного равновесия объема пород почвы склонного к сползанию с учетом дополнительных касательных сил обру-шающихся пород кровли.

Личный вклад автора.

I. Разработана комплексная методика и программа шахтных и лабораторных исследований применительно к специфике решаемых задач.

2. Установлен механизм деформирования и сползания почвы с учетом ранее не учитываемых факторов (влияние напряжений в зоне опорного давления лавы на деформирование'и разрушение пород почвы и касательной составляющей силы веса обрушающихся пород кровли).

3. Обоснованы и разработаны мероприятия по предупреждению сползания почв и обеспечению эксплуатационного состояния выработок в течение срока их службы.

Достоверность нвучннх положений выводов и рекомендаций подтверждается большим объемом шахтных инструментальных исследований на пяти шахтопластах (более 1500 замеров), лабораторными исследованиями физико-механических свойств вмещающих пород, опытно-промышленной проверкой разработанных рекомендаций на шахтах им.К.Маркса ПО "Орджоникидзеуголь", им.В.И.Ленина ПО "Артемуголь", им.ХХП Партсъезда По "Стахановуголь".

Практическая ценность работы:

1) разработаны технико-технологические решения по реализации активных способов охраны и поддержания выработок, обеспечивающих их надежное поддержание при сползающих почвах в течение срока эксплуатации;

2) экономический эффект за счет внедрения разработанных рекомендаций, как показали опытно-промышленные испытания, выразился в снижении расходов на поддержание выработок в процессе их эксплуатации на 50$ за счет снижения трудовых затрат не перекраплении выработок и сокращения расхода крепежного материала.

Реализация результатов в промышленности. На асновании результатов исследований эвтора предложены технико-технологические решения по охране и поддержания подготовительных выработок, а также по способам управления боковыми породами в лавах при разработке пластов со сползающими почвами. Разработанные рекомендации внедрены на шахтах Я? 5 им.В.ИЛенина ПО "Артемуголь", им.К.Маркса ПО "Орджоникидзеуголь", им.ХХП Партсъезда ПО "Стахановуголь".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на техническом совещании бывшего МУП УССР в 1989 году, на НТС горного давления и горных ударов ВНИМИ (1987-1992 г.г.) на научной конференции в Симферополе на УП-ой Всесоюзной научной школе "Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамическими явлениями в горных породах и выработках".

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит страницйтекста, 5~ таблиц и 43 рисунка . Она состоит из вве-

дения, пяти глав, заключения, списка литературы из наименований и 5-ти приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕШАНИЕ РАБОТЫ

Анализ производственного опыта охраны и поддержания пластовых подготовительных выработок при разработке крутых и крутонаклонных пластов на шахтах ЦРД с породами почв, склонными к сползанию, выявил следующее. По месту проявления сползание почвы возможно по всей площади рабочего и выработанного пространства, включая передовую нарез-' ную выработку - просек, находящуюся в зоне опорного давления лавы. По характеру и последовательности отмечаются,так называемые,первичные и последующие (вторичные и т.д.) сползания, происходящие,как правило,внезапно и скоротечно (в динамическом или близком к нему режиме). По горнотехническим условиям сползания происходят преимущественно при отработке лавами по простиранию при расположении очистного забоя по падению и приурочены к осадкам основной кровли или при достижении величины зависающего пролета основной кровли, близкого к предельному.

Наиболее интенсивными и масштабными являются случаи сползания почвы в выработанном пространстве в нижней части этажа над откаточной выработкой (примерно 80% всех зарегистрированных случаев сползания почв). Так на шахте им.К.Маркса ПО "Орджоникидзеуголь" на пласте "Кирпичевка" мощностью 1,0-1,1 м с углом падения 68° произошло внезапное сползание почвы на площади размером по простиранию до 200 м, по восстанию -'до ВД м.

Анализ производственного опыта при разработке плвстов, склонных к сползанию, позволил подтвердить и уточнить ряд влияющих факторов и охарактеризовать условия, сопутствующие реализации явления сползания почв. Так к ним относятся:

- частичная или полная подсечка склонного к сползанию слоя (пачки) пород при проходке подготовительной выработки;

- определенная структура пород почвы, когда непосредственная почва имеет пониженное до нулевого ("зеркало скольжения") сцепление на контакте с толщей пород основной почвы;

- закономерная связь сползания почвы с динамическими проявлениями осадок труднообрушаемой основной кровли, в результате которых как правило происходят завалы откаточных штреков в выработанном пространстве на большой протяженности.

Сползание почв наблюдается практически при всех традиционно применяемых способах охраны выработок (различные типы крепей из ин-

дивидуальных деревянных стоек: костры, кусты, органка, а также бутовые породные полосы и угольные целики). В связи с этим есть основание утверждать, что применяемые способы не обеспечивают устойчивого и безопасного состояния выработок и нуждаются в существенном совер-пенствовании.

Выполненные ранее исследования (Акимов А.Г,, Аносов О.С., Арда-иев К.А., Борисов A.A., Воскобоев Ф.Н., Фнсенко Г.Л., Хомылов Г.С., Шик В.М., Якоби 0. и др.) показали, что процесс сползания боковых пород з плоскости напласт'ования вообще, а почв, з частности, является следствием наступления предельного равновесия между двумя группами сил, одни из которых препятствуют сползания, другие способствуют. Известно, также, что горно-техническими мероприятиями, призванными обеспечивать эксплуатационное состояние выработок в том числе и в условиях почв, склонных к сползанию, являются соответствующие способы и средства крепления и поддержания выработок. Вместе с тем, расчетные методики, по определению параметров средств охраны и крепления выработок, разработанные рядом упомянутых выше специалистов нэ обеспечивают надежных условий поддержания выработок при разработке пластов с почвами склонными к сползанию, о чем свидетельствует и производственный опыт, тем более при переходе горных работ на боль-пие глубины ( >• .800-1000 и). Это дало основание сделать вывод, что проблема требует дальнейшего, более глубокого изучения.

Для решения поставленных в работе задач были проведены комплексные исследования: экспериментальные - в шахтных и лабораторных условиях в сочетании с инженерно-аналитическими. Шахтные исследования проявлений горного давления проводились ка 5-ти шахтопластах с почвами, потенциально склонными к сползанию, в основном в двух принципиально различных классах горно-геологических условий по свойствам и составу пород кровель легкообруиавщимися и труднообрушающимися при традиционно применяемых способах охраны. Исследования процесса относительного смещения боковых пород на контуре подготовительной и очистной (на сопряжении со штреком) выработок, проводились методом контурных ропороз, деформирования пород в массиве « методом глубинных реперов конструкции ВНИНИ.

Для изучения относительного смещения боковых пород в плоскости, напластования боковых пород с участием автора разработана новая методика и технические средства (авторское свидетельство на изобретение № I6WI7).

Анализ результатов йэхтных исследований позволил уточнить особенности характера и параметры процесса относительного смещения и дефораирования в массива боковых пород на пластах с почвами потенциально склонными к сползанию. Так, на пластах с труднообрушаемой ос-

новной кровлей (пласты типа 5 -Солений) наибольшая скорость смещения пород почвы (склонных к сп.олзанию) в плоскости напластования в районе откаточного штрека (до 20 мм/сут.) наблюдалась на участке откаточного штрека под выработанным пространством» примерно, в пятидесяти метрах от забоя первого уступа лавы. При этом компонента скорости смещения в плоскости напластования в 2,5 раза превышала компоненту в направлении, нормальном к.напластованию и до б-и раз горизонтальную составляющую.

В условиях легкообрушающихся пород кровель (например,пласт 1П3 -Толстый) наибольшая скорость смещения пород почвы в плоскости напластования (порядка 10 мм/сут.) наблюдалась в передовом просеке примерно в его средней части между забоями просека.и первого уступа . лавы и по величине незначительно (в 1,2-1,5 раза) превышала две другие компоненты смещения. При почвах, не склонных к сползанию все компоненты смещения были приблизительно равны.

В районе вентиляционных штреков при легкообрушающихся породах кровли максимальные смещения (до 30 мм/сут.) пород непосредственной почвы в плоскости напластования проявляются на участке по простиранию от забоя верхнего уступа лавы до бутовой подштрековой полосы. Периодическая активизация процесса смещения пород почвы в плоскости напластования наблюдалась в выработанном пространства на участке вентштрека, охраняемого бутовой полосой (примерно на расстоянии 20-25 м от забоя верхнего уступа лавы). Это свидетельствует о весьма небольшом медленно развивающимся сопротивлении бутовой полосы и подтверждает мнение о достаточно низкой эффективности бутовых полос, выкладываемых из рядовой породы, как средства поддержания выработок. Аналогичную механическую характеристику имеют и костры из деревянны> стоек.

В работе, на основании анализа результатов выполненных шахтных и аналитических -исследований, развиты представления о механизме сползания почв, отличительные элементы которого состоят в следующем

Одним из основных факторов, предопределяющих условия для возможности реализации потенциально склонных к сползанию почв является характер смещения, разрушения и величины нагрузок ¿напряжений), вызываемых поведением пород основной кровли в окрестности очистной вы> работки.

При разработке пластов с почвами склонными к сползанию и прояв лению осадок основной кровли на глубоких горизонтах (> 800-1000 м для условий, например, Донбасса) в зонах опорного давления очистного забоя для большинства разновидностей горных пород (аргиллиты, алевролиты) возможно наступление предела прочности пород как по ослабленным поверхностям сцепления так и по монолитной части слоя

б 1

(пачки) литологической разности. В результате разрушенные на отдельные блоки породы почвы (кровли)?подсеченные на этажном горизонте вследствие проведения подготовительной выработки,вступают в силовое взаимодействие со средствами охраны и крепления последних.

В данной работе впервые предпринята попытка обоснования учета влияния в балансе сил, способствующих сползанию почвы, составляющей (по напластованию) веса обрушенных пород кровли в условиях силового взаимодействия со средствами охраны и крепления подготовительной выработки.

На основании анализа результатов комплексных исследований геомеханических процессов на пластах с почвами, потенциально склонными к сползанию, представилось возможным разработать основные технико-технологические требования к перспективным способам охраны й поддержания выработок.

1. Применять, так называемые, активные способы и средства охраны и поддержания выработок, обеспечивающие возможность регулирования параметров механической характеристики (рабочее сопротивление,' жесткость, податливость), установки средств охраны (искусственных опор) с начальным распором и жесткой характеристикой развития сопротивления от начальной до конечной величины не менее "заданных нагрузок" непосредственной кровли и величиной податливости не менее "заданных деформаций" основной кровли.

2. Установку искусственных опор следует производить:

а) в просеке откаточного штрека не менее, чем в 10 м от забоя

лавы;

б) в Бзнтитреке с отставанием от забоя лавы ке менее 7 м.

3. При разработке пластов с труднообрушаемыми .породами основной кровли, периодически обрушающимися при достижении значительных пролетов, применять в очистных забоях способы управления кровлей,исключающие динамические проявления горного давления, т.е. обеспечивающие удержание или плавное опускание кровли в выработанном пространстве.

В проектах подготовки шахтных полей при строительстве новых или реконструкции действующих шахт следует по возможности предусматривать технологические решения, дающие возможность проведения подготовительных выработок без подрывки пород почвы или частичной, минимально необходимой толщи, исключающей возможность сползания почв.

5. Способы и средства охраны выработок должны по возможности базироваться на применении доступных, дешевых материалов, предпочтительно являющихся побочными продуктами производства угледобычи (например, порода, получаемая от проведения выработок) или смежных региональных производств (например, дешевые заменители цемента в качестве связующего для производства твердеющей закладки и т.п.).

б. Технология осуществления способов охраны выработок должна базироваться на комплексной механизации всех производственных процессов и не создавать помехи производственным процессам по добыче угля.

Для проверки в шахтных условиях на пластах с почвами,склонными к сползанию,в качестве перспективных были разработаны автором совместно с ВНИМИ два варианта способов охраны пластовых подготовительных выработок (штреков): опорами из монолитных быстротвердевщих смесей (рис.1) и сборных опор из искусственных элементов с начальным распором не менее 60 кН (рис.2).

Для расчета параметров этих способов разработана методика, отличительной особенностью которой является учет влияния на процесс сползания пород составляющих веса обрушающихся пород непосредственной и основной кровель, способствующих процессу сползания обрушающихся пород почв.

Из уравнения предельного равновесия сил, способствующих и препятствующих сползанию, получена зависимость для определения длины искусственной опоры по восстанию:

С + К-К-Ъ-Ытк*

(I)

где: К - коэффициент, учитывающий соотношение размеров по простиранию искусственных опор и углеспускных печей между ними;

^к - длина обрушающейся консоли пород кровли по восстанию выше искусственной опоры, м;

с£ - угол падения пласта, градус;

- удельное давление, создаваемое весом обрушенных пород кровли в объеме, определяемом величиной подсечки выработкой пород, склонных к сползанию в данным условиях, МПа;

Тг - удельное давление, создаваемое весом толщи обрушенных

пород кровли в режиме заданных нагрузок (6-8 кратной вынимаемой мощности пласта), МПа;

С - величина сцепления на контакте опоры с почвой (кровлей), МПа;

53 - коэффициент внутреннего трения цемента на контакте сползающего слоя почвы с подстилающим массивом;

"Рк - удельное сопротивление штрековой крепи, кН/м.

Расчета по методике автора с учетом составляющей по напластованию веса обрушенных пород, имеющих возможность сползти, показывают, что суммарные силы, способствующие сползанию, могут более чем в 2 раза 'превышать силч, препятствующие сползанию при традиционно при-

Способ охраны подготовительных выработок опорами из быстротвердещих смесей

а) -.откаточный штрек (I - породопогрузочная машина,

2 - дробилка, 3 - пневмотранспортная система для породы, 4 - приготовительно-транспортная система для связующего);

б) - вентиляционный штрек (I - изоляционная перемычка, 2 - бутобетон).

Рис.1.

Способ охраны вентиляционного птрека с примененном клиновой крепи

а) - фрагмент паспорта крепления сопряжения вентиляционного штрека с-лавой и схема

размещения оборудования (I - клиновая крепь, 2 - крепеустановщик, 3 - шланго-подборщик, 4 - маслонасосная станция, 5 - лебедка);

б) - общий вид бетонной клиновой крепи с прокладками податливости;

в) - механическая характеристика клиновой крепи.

Рис.г.

меняющихся способах охраны и поддержания выработок. Поэтому, расчеты произведенные по предложенной методике позволяют более обоснованно выбирать параметры средств охраны и поддержания выработок и тем самым обеспечивать надежно эксплуатационное состояние выработок в течение всего срока службы, в том числе и при повторном использовании.

Как было показано, одной из главных причин, вызывающих внезапные завалы подготовительных выработок вследствие сползания почв на большой протяженности, являются осадки труднообрушаемых кровель. В ряде условий средства охраны, выработок (искусственные опоры, крепь штрека) могут испытывать весьма высокие динамические нагрузки от скатывающихся по падению обрушэющихся пород кровель, противодействие которым, при массовых обрушениях на больших предельных пролетах (до 100-150 м) только средствами охраны и крепления, практически невозможно .

В связи с этим в работе, на основании классификации ВНИМИ, рекомендуются к применению при разработке пластов с труднообрушаемыми кровлями и почвами,склонными к сползанию,способы управления кровлей, исключающие возможность проявления осадок основной кровли: полная или частичная закладка, работаврежиме "предельных пролетов". Параметры этих способов определяются по методикам, разработанным ВНИМИ --ДонНИИ.

Для промышленного опробования одного из разработанных и рекомендованным в работе перспективных способов охраны выработок монолитным;! опорами из быстротвердеющих смесей был выбран участок на пласте -{Ц--Соленый на шахте им.Ленина. Искусственные опоры йз монолитного бутобетона возводились, следующим- образом. В качестве связующего применялся состав: цемент марки №0-500, песок, вода, ускоритель твердения (СаС^) в соотношении перечисленных компонентов (Ц:П:В) = 1:1:0,67. Наполнитель - порода получаемая от проведения участковой подготовительной выработки - специальными транспортными средствами механического или пневматического типа подавалась в опалубку порциями объемом 1,0-1,5 м3, в поры которой нагнеталась под давлением связующая смесь указанного состава. Лабораторные исследования показали, что твердеющая закладка подобного состава достигает на седьмые сутки прочность от 4,5 до 6,0 МПа, а по истечении 28 суток - 10 МПа.

Для исследования проявлений горного давления на штреке были оборудованы шесть наблюдательных станции с применением контурных реперов, три из которых на участке штрека, поддерживаемого куето-костровы-ми конструкциями из дерева,и три-опорами из твердеющей закладки. Опорами из твердеющей закладки поддерживался участок штрека протяженно- -стью порядка 200 м (37 опор). Сравнительные результаты исследовании приведены на рис.3 в виде графиков величин относительных смещений

Изменение относительных смещений на контуре откаточного штрека в зависимости от способа

сечения охраны

10 15 г 20 25

ПоШигание шва, м

охрана деревянными кострами

□ - охрана монолитными опорами из-быстротвердо»-щих смесей

1, I - по нормали к напластовании

2, 2'- по горизонтали (В^- - В^)

3, 3 - по напластованию (й^ - И^)

(В2 - й3)

Рис.3.

боковых пород по горизонтали (I), пс нормали к напластованию (2) .и по напластованию (3) под-влиянием очистных работ. Из сравнительных данных можно установить, что количественные параметры (величины, скорости) смещения контура" подготовительной и очистной выработки на сопряжении при новом способе охраны и поддержания выработки уменьшились по сравнению с традиционно применяемыми на основе индивидуальных стоек почти в 2 раза. В связи с этим существенным образом снизилась вероятность сползания пород непосредственной почвы по напластованию. При применении опор из быстротвердеющих смесей особое внина* нив следует придавать скорости твердения, так как быстрое развитие сопротивления в начальный период является важным фактором прэдупрэж-

дения сползания почв.

Учитывая дефицит и высокую стоимость цементных связующих, с участием автора были выполнены научно-исследовательские работы, в основном,в лабораторных условиях по поиску связующих композиций на базе дешевых заменителей цемента - отходов производств, работающих на местном сырье (гипсы, фосфогипсы, золы-уноса, доломитовые пыли, ангидриты) табл.1.

Таблица I.

м п/п \ Состав смесей в ; \ процентах по весу ; Смесь I Смесь 2 \ Смесь 3 !

I. Вяжушее гипсовое Г-5 (доломитовая пыль) 39 42 -

2. Вяжущее гипсовое-фосфогипс - - 60

3. Вяжущее - золы--"унос" 12 12 -

4. Портландцемент 9 б -

5. Наполнитель (порода от проведения выра-'боток, песок) 40 40 40

б. Прочность, МПа (кг/см2)

через 2 часа через I месяц через 5 месяцев

10(100) 6,5-6,8(65-68) 13-9,2(130-92)

8,8(88) 11,8(118) И,7(147)

7. Источник приобрете- Деконский, ния

10(100) б,5-6,8(65-68) 13-9,2(130-92)

,,___________ . __г___40вский и Гольминский комбинаты (Донецкая обл.)

Принцип предотвращения спо.'зания потенциально склонных пород почв при охране выработки'опорами из быстротвердеющих смесей основывается на сцеплении опоры с боковыми породами. При этом кровля должна быть устойчивой в плоскости напластования.

Величина сцепления разработанных типов смесей с боковыми.породами составила: с песчаником - до 0,43 МПа с алевролитами. - до 0,29 МПа с аргилитами - до 0,25 МПа

Другим перспективным направлением охраны выработок при разработке пластов со сползающими почвами, как было отмечено ранее, являются опоры из сборных искусственных элементов с податливыми прокладками, обладающие возможностью задания начального распора (опоры из плит Б1БТ, клиновые крепи и др.).

Промышленный эксперимент по испытанию технической эффективности способа охраны выработок клиновыми крепями проводился нг пласте К„ -Рудный шахты им.К.Маркса ПО "Орджоникидзеуголь" (уч-ок 124-750) на сопряжении вентиляционного штрека с лавой. Всего было закреплено по простиранию (механизированным способом) 100 м выработки. Фрагменты экспериментального паспорта и сравнительные графические результаты исследований при базовом (деревянные костры и бутовая полоса) и новом способе охраны показаны на рис.'!.

Анализ результатов шахтных инструментальных исследований показывает, что по всем трем главным направлениям (по напластованию, по нормали к напластованию и по горизонтали) смещения боковых пород при новом способе охраны в среднем уменьшились в течение 60 суток наблюдений в 1,8" раза по сравнению с традиционным, состояние выработки и крепи улучшилось.

На основании полученных результатов исследований были разработаны рекомендации по охране штреков (пл. -£5 -Соленый на шахте Оль-ховатская и пл. ТП ^ -Толстый на шахте Булавинская) и вентиляционного (пл. К5 -Андреевский на.шахте им.К.Маркса). Рекомендации были рассмотрены на технических советах при главных инженерах этих шахт и в соответствии с ними были внесены изменения в паспортах крепления этих выработок.

Всего опорами из быстротвердеющих материалов и сборных элементов было закреплено около 500 м штреков. Расходы по поддержанию выработок при внедрении новых способов охраны, за счет снижения трудоемкости и экономии материалов, уменьшились более чем на %%. При этом существенным образом возросли надежность и безопасность функционирования выработок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненной комплексным методом научно-исследовательской работы получены новые научные результаты и полезные практические разработки, имеющие важное народнохозяйственное значение для угольной промышленности.

I. Установлено несоответствие традиционно применяемых способов и параметров охраны выработок условиям разработки крутых и.крутонаклонных угольных пластов с почвами, потенциально склонными к сползанию, в связи с чем не обеспечивается эффективная и безопасная эксплуатация очистных и подготовительных выработок. На этой основе признана.актуальность дальнейших геомеханических исследований на новом методическом уровне с целью уточнения механизма явления сползания почв и совершенствования способов охраны выработок.

Изменение относительных смещений на контуре вентиляционного штрека в зависимости от способа охраны

О 10 ' М го 40 50 60 Поджигание задел, м

I----~1 - охрана деревянными кострами и бутовой полосой

1- П - охрана клиновой крепью.

1, I* - по нормали к напластованию (Й2 - В3)

2, 2' - по горизонтали (И^ - й^)

3, 3 - по напластованию - 1?^)

Рис.

2. Обоснован механизм сползания пород почв в больших масштабах с катастрофическими последствиями, основным инициирующим фактором которого служат динамические осадки основной кровли.

3. Разработана расчетная схема и методика расчета сползания почв с учетом сил веса обрушающихся пород основной кровли.

4. Обоснован выбор перспективных способов охраны и поддержания выработок и способов управления кровлей в очистных" забоях. Основными требованиями к способам охраны выработок является наличие сцепления или начального распора искусственной опоры с боковыми породами и исключение динамических осадок основной кровли в очистном забое.

5. Разработанные в диссертации практические предложения прошли промышленную проверку на 3-х шахтах, обеспечили снижение трудоемкости работ в 1,5 раза, существенное повышение надежности и безопасности поддержания выработок.

Рекомендации приняты другими шахтами для широкого промышленного внедрения.

Основные пoлqжeния диссертации опубликованы в следующих работах

1. Алышев H.A. Геомеханические требования к способам охраны подготовительных выработок при разработке тонких крутых пластов со сползающими почвами. В сб.научн.тр. ВНИМИ "Проблемы горной геомеханики при разработке полезных ископаемых" -Л., ВНИМИ, 1989. -С.15-19.

2. Воскобоев Ф.Н., Алышев H.A. Проблемы обеспечения устойчи-^ вости подготовительных выработок в условиях динамического характера сползания пород почв на шахтах Донбасса. //Тезисы докладов на УП Всесоюзной научной школе "Деформирование и разрушение материалов с деффектами и динамические явления в горных породах и выработках". Симферополь, 1990. -С.38-39.

3. Алышев H.A. Проблемы обеспечения устойчивости подготовительных выработок в условиях динамического характера сползания пород на шахтах Донбасса. //Свойство горного массива и управление его состоянием: Сб.научн.тр. -Л.: ВНИМИ, 1991. -С.205-212.

4. Великанов Л.А., Алышев H.A. "Устройство для измерения смещений боковых пород" A.c. № I6404I7 БИ № 13 от 07.04.91.

5. Воскобоев Ф.Н., Великанов Л.А., Алышев H.A. "Способ охраны и поддержания подготовительной выработки" A.c. № 1463928 от 08.11.88.

Печатный цех ВНИМИ. Зак.41 Т.100