Исследование состояния пород вокруг выработок с комбинированными крепями Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Л.В. Куклина, С.Н. Рева, 2003

УЛК 622.281:622.283

Л.В. Куклина, С.Н. Рева ИССЛЕЛОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ПОРОЛ ВОКРУГ ВЫРАБОТОК С КОМБИНИРОВАННЫМИ КРЕПЯМИ

Изучение закономерностей проявлений горного давления и характера поведения пород вокруг выработок, которые не подвержены влиянию очистных работ, позволяет создать основу для выбора рациональных конструкций крепей для таких объектов, срок службы которых превышает 20 и более лет.

Выполненный анализ многолетнего опыта эксплуатации капитальных и основных подготовительных выработок на шахтах Западного Донбасса позволяет отнести горногеологические условия в этом бассейне к сложным. Определяющими факторами при этом являются: отсутствие метаморфизации горных пород, наличие глинистого цементирующего вещества в структурном строении пород, преобладающее представительство аргиллитов и алевролитов, способных при выветривания за счет воздействия шахтной вентиляционной струи легко разрушаться от растягивающих напряжений, возникающих при потере влаги, низкий коэффициент крепости пород, слабое сцепление по наслоению, что предопределило их способность легко обрушаться со стороны кровли, а также выдавливаться внутрь выработок со стороны боков и почвы.

В проектах шахт для около-ствольных дворов заложены практически везде, за исключением весьма незначительного объема, крепи арочной формы, т.е. крепи с открытой почвой, которые, как показало время, не обеспечили безремонтного состояния выработок в течение срока их службы. Из этого проектного решения вытекает, что капитальные выработки, срок службы которых исчисляется не одним десятком лет заведомо были обречены на ремонт в процессе эксплуатации шахт.

Для разработки параметров комбинированной крепи были выполнены исследования состояния пород вокруг капитальных выработок. Для этой цели были установлены комплексные замерные станции. Измерения выполнялись на контрольном и экспериментальном участках, которые отличались друг от друга наличием замоноличенного за-крепного пространства. На обоих участках были выполнены измерения расстояний от межрамного ограждения до породного контура. В боках выработок величины изменялись от 80 до 210 мм, а на высоте от 1,6 метра до замка свода - от 200 до 450 мм.

На экспериментальном участке вентиляционного магистрального штрека, закрепленного арочной крепью, через 86 суток конвергенция “кровля-почва” достигла 340 мм, а сближение боков - 145 мм. По истечении указанного промежутка времени на этом участке был выполнен тампонаж закрепного пространства. Контрольный участок не тампонировался.

На экспериментальном участке после выполнения тампонажа интенсивность смещений значительно уменьшилась. Так, после 280 суток наблюдений конвергенция “кровля-почва” на экспериментальном участке была равна 360 мм, а сближение боков -145 мм. В то же время на контрольном участке эти параметры достигли 620 и 430 мм соответственно.

Эксперимент был проведен одновременно и на откаточном магистральном штреке. После 70 суток когда конвергенция “кровля-почва” достигла 220 мм, а сближение боков - 95 мм был выполнен тампонаж закрепного пространства. На контрольном участке через 163 суток, т.е. практически через тот же про-

межуток времени, что и на первом контрольном участке, когда конвергенция “кровля-почва” достигла 480 мм, а сближение боков выработки - 280 мм была осуществлена подрывка почвы. Через 160 суток после подрывки почва вновь поднялась на 300 мм, а сближение боков увеличилось на 60 мм.

Как в первом, так и втором случаях на контрольных участках межрамное ограждение в боках выработки собиралось в “гармошку”, а в кровле было разрушено. На экспериментальном участке после выполнения тампонажа закрепного пространства такого явления не наблюдалось.

В дальнейшем контрольные участки были перекреплены и затампонированы.

Выполненный Национальной горной академией Украины анализ затрат на ремонт выработок с арочной крепью показал, что первое перекрепление составляет 1,75-1,8 от первоначальной стоимости их сооружения.

Полученные данные шахтного эксперимента легли в основу разработки новой конструкции комбинированной крепи.

Используя в качестве опорного конструктива типовую арочную крепь из спецпрофиля СВП (возможно применение и других прокатных сечений металла) и, улучшая условия ее работы на основе опыта выполненного шахтного эксперимента, представилось возможным получить несущую способность рамы близкой к расчетной.

На кафедре строительных геотехнологий и конструкций Национальной горной академии Украины выполнены соответствующие расчеты, подтверждающие возможность повышения устойчивости капитальных и основных магистральных выработок за счет применения крепи повышенной несущей способности, основой которой является типовая арочная крепь (без каких либо ее изменений). Разработана технология ее возведения. Усиливающие элементы и принятые решения направлены на: увеличение срока службы

крепи, повышение грузонесущей способности и автоматическое

исправление дефектов, которые неизбежны в результате технологии ее возведения (что невозможно при типовых крепях в “чистом виде”), использование пород в почве выработки как активной пригрузки против пучения.

Практика эксплуатации шахт Западного Донбасса подтвердила правильность требований СниПа в части формы крепи выработок, которые размещены в слабых породах, и это привело к применению замкнутых крепей. Что касается таких капитальных выработок, как околоствольные дворы, то при ремонте разрушенных участков с бетонной крепью предпочтение следует отдавать замкнутым конструкциям, обеспечивающим длительный срок службы выработок. Здесь уместно обратить внимание на то, что рамы из специального взаимозаменяемого профиля СВП или другого металлопроката с тампонажом закрепного пространства без защиты металла от коррозии имеют срок службы не более 20 лет.

Таким образом, для капитальных выработок шахт, которые размещены в слабых породах, необходимо:

- применять крепи замкнутой формы;

- применять тампонаж закрепного пространства для образования второго грузонесущего

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

слоя и обеспечения расчетной несущей способности рам;

- в качестве грузонесущих элементов крепи применять элементы из прочного материала, на который не

влияет коррозия на протяжении всего срока эксплуатации выработок;

- при применении конструкций из металла обеспечить гарантированную длительную защиту от коррозии.

Одним из конструктивных решений является комбинированная крепь повышенной несущей способности, которая предназначена для горизонтальних и наклонных горных выработок, размешенных в слабых породах. Эта крепь представляет собой типовую арочную крепь, которая усилена замоноличенным с помощью тампонажа слоем забутовки наперед заданного размера, а тампонажный раствор принят таким, что по истечении определенного наперед заданного времени имеет необходимую прочность в затвердевшем состоянии.

Для предотвращения раскрытия жолоба специального профиля СВП и защиты от коррозии металла поверхность рам покрыта защитным слоем из цементнопесчаного раствора толщиной 20 мм, т.е такой минимальной толщины, которую рекомендует СНиП для железобетонных конструкций.

Разработанная конструкция комбинированной крепи может быть разделена на две самостоятельные части - верхнее и нижнее строение, каждое из которых имеет разную грузонесущую способность. В нижнем строении крепи размещены элементы, препятствующие смещению стоек рам внутрь выработок, а, следовательно, сохраняются безопасные зазоры поперечного сечения выработки.

Нижнее строение комбинированной крепи запроектировано таким, что горные породы в почве выработки оказывают активное противодействие пучению.

Г рузонесущая способность верхнего и нижнего строений крепи может быть изменена в широких пределах в зависимости: от коэффициента крепости, структурных и тестурных ослаблений боковых пород, а также в зависимости от взаимного влияния выработок друг на друга. Крепь является многослойной конструкцией с регулируемыми параметрами, что имеет важное значение для выработок, которые размещены в слабых породах.

Указанная крепь предназначена для применения в капиталь-них горных выработках, срок службы которых превышает 30 лет, например, в околостволь-ных дворах, главных магистральных выработках, квершлагах, капитальных уклонах и др.

Куклина Л.В. - инженер, Национальная горная академия Украины.

Рева С.Н. - кандидат технических наук, Национальная горная академия Украины.

© А.Н. Роенко, 2003

УЛ 622.013

А.Н. Роенко ШАХТНАЯ ПРОВЕРКА СПОСОБА ПРЕЛОТВРАШЕНИЯ ПУЧЕНИЯ ПОРОЛ ПОЧВЫ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

фактах [1, 2] предложен новый здхоц к исследованию явления р*ия пород почвы в горных

выработках. Этот подход отличается от общепринятого, базирующегося на прочностном кри-

терии тем, что в нем заложена гипотеза о возможности неупругой потери устойчивости слоев, слагающих почву выработки. Суть предложенного подхода состоит в следующем.

Свод выработки является конструкцией самоподдержи-вающейся. Форма свода такая, что напряжения в нем в процессе деформирования породного массива всегда остаются сжимающими. Почва же ведет себя иначе: со временем наблюдается ее искривление в сторону выра-