CC BY
32
© Ю.Н. Панфилов, А.П. Ковшевный, Г.И. Соловьев, Н.Н. Малышева,
В.Е.Нефедов, Д.А.Рубель, 2005
УДК 622.831
Ю.Н. Панфилов, А.П. Ковшевный; Г.И. Соловьев,
Н.Н. Малышева, В.Е. Нефедов, Д.А. Рубель
ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗМА ПРОЯВЛЕНИЙ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ В ВЫЕМОЧНЫХ ВЫРАБОТКАХ ГЛУБОКИХ ШАХТ
Семинар № 11
Дальнейшее развитие подземной угледобычи связано с необходимостью повышения эффективности работы комплексно-механизированных лав, которая во многом предопределяется устойчивостью выемочных выработок.
Проблемой обеспечения устойчивости выемочных выработок в зоне влияния очистных работ занимались многие исследователи и для минимизации смещений породного контура подземных выработок ими было предложено значительное количество разнообразных технологических решений. Однако в силу ряда причин, таких как существенная изменчивость горно-геологических условий эксплуатации выработок на больших глубинах разработки и несоответствия параметров способов подержания условиям применения, большинство из предложенных технологических решений не получили широкого распространения.
Сотрудниками горного института ДонНТУ была теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность обеспечения устойчивого состояния выемочных выработок глубоких шахт в зоне интенсивного влияния очистных работ посредством применения продольно-жесткой усиливающей крепи, обеспечивающей перераспределение повышенной нагрузки между перегруженными и недогруженными комплектами крепи по длине выработки [1-7].
Опытно-промышленная проверка продольно-жесткой усиливающей крепи в условиях 4-й и 5-й восточных лав пласта с11 шахты «Южнодонбасская №3», подтвердила достаточно высокую ее эффективность [4, 5].
Для определения рациональных параметров поддержания выемочных выработок глубоких шахт в зоне влияния очистных работ при сплошных системах разработки на шахте им. М.И. Калинина со второй половины 2002 г. в конвейерном штреке 2-й западной лавы пласта мощностью 1,14-1,3 м и углом падения 20-230 на глубине 1180 м проводится опытнопромышленная про-верка продольножесткой крепи усиления (рис. 1).
Непосредственная кровля пласта представлена толщей весьма неустойчивых аргиллитов мощностью 8,7-12,1 м. Основная кровля состоит из трех слоев аргиллита, алевролита и песчаника соответственно мощностью 3,0-5,0 м, 3,50 м и 5,76 м и классифицируется как среднеобрушаемая. В непосредственной почве залегает тонкозернистый устойчивый алевролит прочностью 69,5 МПа.
Конвейерный штрек, проводимый буровзрывным способом с опережением лавы на 20 ми охраняемый бутовой полосой шириной 4 м, группируется на полевой штрек и поддерживается между промежуточными транспортными квершлагами участками длиной по 250 — 300 м. Конвейерный штрек закреплен пятизвенной
Рис. 1. Выкопировка из плана горных выработок 2-й западной лавы пласта к10
арочной податливой крепью АП-5/13,8 из спецпрофиля СВП-33 с шагом установки рам крепи 0,5 м.
На первом этапе опытно-промышленной проверки применялась однобалочная крепь продольно-жесткого усиления на участке штрека длиной 80 м. Крепь усиления представляла собой длинную балку из отрезков прямолинейного спецпрофиля СВП-33 длиной по 4 м, которые соединялись внахлест на 0,5 м двумя хомутами. Балка подвешивалась на 2-х специальных крючьях с планками и гайками по центру каждого верхняка крепи (рис. 2). На втором этапе для предотвращения интенсивных боковых смещений контура выработки со стороны напластования пород в штреке была установлена двухбалочная усиливающая крепь с симметричным расположением балок по верхняку на расстоянии 1,8 м друг от друга.
В результате анализа визуальных и инструментальных наблюдений было установлено, что максимальные проявления
Рис. 2. Конструкция продольно-жесткой крепи усиления и состояние конвейерного штрека на расстоянии 120 м за очистным забоем 2-й западной лавы
горного давления наблюдаются по напластованию пород кровли (рис. 3 и 4). Поэтому на третьем этапе исследований, для повышения качества работы жесткопродольной крепи усиления, расположение балок по профилю верхняка было изменено таким образом, что одна балка была размещена по центру верхняка, а вторая - на 0,2 м выше замка арочной крепи - по линии действия максимальной нагрузки со стороны напластования пород кровли.
Анализ особенностей механизма смещения боковых пород и деформирования элементов рамной крепи без применения ее продольно-жесткого усиления позволил выявить наличие интенсивных смещений верхняков арочной крепи со стороны напластования пород кровли. При этом на отдельных локальных участках наблюдалось образование складок интенсивных смещений длиной 6-10 м вдоль выработки, в которых наблюдалось интенсивное разуплотнение породных отдельностей кров-
’/'К,.Л, "щ II
Рис. 3. Состояние арочной крепи конвейерного штрека в момент перекрепления на расстоянии 220 м за забоем 2-й западной лавы без применения крепи усиления
ли с последующим фокусированием повышенного и неравномерного их давления на верхняк и ножку арочной крепи, что приводило в итоге к изгибу профиля крепи в полость выработки и значительным смещениям породного контура (рис. 3).
Применение жестко-продольной усиливающей крепи позволило консолидировать условия работы разрозненных рам основной крепи за счет перераспределения повышенной и неравномерной нагрузки
Рис. 4. Состояние арочной крепи в момент подрывки пород почвы на расстоянии 230 м вслед за лавой при применении жестко-продольной крепи усиления
между перегруженными и недогруженными комплектами арочной крепи. При этом наличие жестко-продольной усиливающей связи создало предпосылки для образования в кровле пласта и в боку выработки локальных грузонесущих зон, препятствующих развитию процесса складкообразования (рис. 4).
В процессе наблюдений было установлено наличие интенсивных продольных смещений породного контура, которые сопровождались наклоном рам крепи на выработанное пространство и угол наклона отдельных рам крепи составлял 35-400, что весьма негативно сказывалось на устойчивости конвейерного штрека. На рис. 5 и 6 представлены результаты инструментальных наблюдений за смещениями боковых пород без применения и при наличии однобалочной продольно-жесткой крепи усиления.
Рис. 5. График зависимости изменения высоты штрека от расстояния до лавы
Рис. 6. График изменения ширины выработки от расстояния до лавы
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 -5 -15 -20
Расстояние до лавы, м
45 30 25 20 15 10 0 -5 -15 -20
Расстояние до лавы, м
Выполненные инструментальные наблюдения показывают, что применение продольно-жесткой консолидации комплектов основной крепи снижает в 1,7-1,8 раза смещения пород кровли и 1,2 - 1,3 раза уменьшает смещения боков выработки. Дальнейшие исследования будут по-
1. Бондаренко Ю.В., Татъянченко А.Г., Соловьев Г.И., Захаров B.C. Разработка математической модели процесса деформирования контура выработки при использовании каркасной крепи усиления // Известия Донецкого горного института. 1998. №2. С.92-97.
2. Бондаренко Ю.В., Соловьев Г.И., Захаров B.C. Изменения деформаций контура кровли выемочной выработки при использовании каркасной крепи усиления // Известия Донецкого горного института. 1999. №1. С.66-70.
3. Бондаренко Ю.В., Соловьев Г.И., Захаров B.C. Лабораторные исследования взаимодействия каркасной усиливающей и основной крепи выемочной выработки // Известия Донецкого горного института. 1999. №2. С.124-131.
4. Соловьев Г.И., Захаров B.C. Особенности деформирования контура выработки при ее жестко-каркасном усилении // Сборник научных трудов международной научно-практической конференции «Перспективы развития горных техноло-
священы изучению особенностей механизма взаимодействия элементов системы «боковые породы основная крепь выработки» при продольно-жесткой консолидации комплектов крепи в зоне интенсивного влияния очистных работ.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
гий в начале третьего тысячелетия». Алчевск. 1999. С.116-118.
5. Бондаренко Ю.В., Соловьев Г.И., Кублицкий Е.В., Мороз О. К. О влиянии жесткости каркасной крепи усиления на смещения пород кровли // Известия Донецкого горного института. 2001. № 1.
С.59-61.
6. Бондаренко Ю.В., Соловьев Г.И., Кублицкий Е.В., Демин И.К. О физической модели взаимодействия каркасной усиливающей крепи выемочной выработки с вмещающими породами // Горный информационно-аналитический бюллетень Московского государственного горного университета. 2002. №6. С.183-187.
7. Соловьев Г.И.,Малышева Н.Н., Нефедов В.Е., Панфилов Ю.Н. О возможности перераспределения повышенной нагрузки между комплектами крепи по длине подготовительной выработки / В1сп Донецького прничого шституту, №1, 2004 р. - С. 122-126
— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------------------
Панфилов Ю.Н. - директор шахты им. М.И.Калинина ГП «Донецкая угольная коксовая компания»,
Ковшевный А.П. - главный инженер шахты им. М.И. Калинина,
Соловьев Г.И. - доцент, кандидат технических наук, ДонНТУ,
Малышева Н.Н. - аспирант, ДонНТУ,
Нефедов В.Е. - аспирант, ДонНТУ,
Рубель Д.А. - соискатель, горный мастер участка ВТБ шахты им. М.И. Калинина.
