книги / Сооружение выработок приствольного комплекса

ко напряженное состояние массива может способствовать появлению горных ударов.

Проявление горного удара имело место на шахте 14-14-бис Се­ вероуральского бокситового рудника (СУБР) при проходке обгон­ ной выработки околоствольного двора гор. 410 м. Причиной горно­ го удара явилось перераспределение напряжений в горном массиве, вызванное проходкой приствольных выработок. Это привело к значительной концентрации напряжений в краевых частях пород, прилегающих к выработкам, а также в оставленных охранных це­ ликах.

Часть приствольных выработок на этом горизонте была пройде­ на задолго до того, как приступили к проведению обгонной. До начала ее проведения величина и характер напряжений достигли зна­ чений, близких к критическим для пород, в которых сооружа­ лись приствольные выработки. Проходка обгонной велась буро­ взрывным способом, что спровоцировало упругую деформацию пород в зонах концентрации напряжений. В результате происшедшего горного удара были разрушены сопряжение, а также ряд выработок околоствольного двора.

Все это свидетельствует о том, что при строительстве новых глубоких горизонтов, особенно в условиях, когда массив имеет тек­ тонические нарушения и разбит системой трещин, существующие расстояния между выработками способствуют значительной концен­ трации напряжений, что весьма неблагоприятно сказывается на поддержании выработок как во время сооружения, так и в процес­ се эксплуатации. Установлено, что величина и характер перерас­ пределения напряжений зависят от формы, размеров и глубины залегания выработок, а также от физико-механических свойств и структуры пород.

Особенно важное значение приобретает устойчивость выработок подземного бункерного комплекса на больших глубинах.

Исследования влияния приствольных выработок на устойчивость ствола впервые были выполнены на объемной модели методом фотоупругости для условий гор. 500 м шахты № 15-15-бис СУБРа [6].

Модель была изготовлена в виде куба из эпоксимала ЭД-6 м с коэффициентом бокового распора 0,7. Она представляла упрощен­ ный бункерный комплекс (ствол, бункера, камеры опрокидывателей и питателей) (рис. 3).

Величина напряжений определялась вдоль характерных сечений по срезам модели.

Так, в плоскости у — г перпендикулярно к оси ствола выпили­ вались срезы /—V (горизонтальные). Срез 1 проходил по оси ка­

Срезы VI—VIII выпиливались в плоскости х — г параллельно оси ствола (V/ — по оси ствола, VII — по центру целика, VIII —

по оси бункера).

Срезы IX—XI сделаны в плоскости у — г в направлении от оси

ствола и бункера к массиву. Всего в объемном целике в вертикаль­ ной и горизонтальной плоскостях исследовано 100 точек.

Из выполненных исследований можно заключить, что под дей­

ние крепи ствола на всем участке, прилегающем к бункеру. Для обе­ спечения устойчивости выработок необходимо бункерные емкости рас­ полагать на большем расстоянии от ствола по сравнению с сущест­ вующим (17 м). Область повышенных касательных напряжений приходится на срез VIII, т. е. на место сопряжения бункера с ка­

мерой опрокидывателя. Из анализа напряженного состояния цели­ ка по срезам 1—У следует, что они находятся в условиях двухос­

ного растяжения, составляющего 13— 14,6 МПа и превышающего предел прочности пород на одноосное растяжение, т. е. целик под влиянием растягивающих напряжений разрушится по всей высоте. Чтобы обеспечить устойчивость выработок подземного бункерного комплекса, необходимо мощность целика принимать равным 4— 6 диаметрам ствола. Решение проблемы управления горным давлением при сооружении сближенных выработок с оставлением целиков незначительных размеров может идти в направлении конструиро­ вания бесцеликовых околоствольных дворов, т. е. путем проведения одной выработки увеличенной площади сечения, а также бункеров,

в которых расстояние между емкостными частями превышает четы»- ре наибольших диаметра смежных выработок.

При ведении очистных работ на шахтах Донбасса разрушение приствольных выработок и ствола происходит в результате сдвиже­ ния горных пород [9].

С целью предохранения стволов от разрушения оставляют цели­ ки. Отрицательное воздействие очистных работ на устойчивость приствольного массива при разработке свиты пластов особенно уси­ ливается из-за активизации сдвижения горных пород. Этот процесс становится особенно опасным в условиях, когда приствольные це­ лики частично отработаны, а сооружаемый ствол пересекает ранее

.отработанные участки. В то же время влияние указанных факторов на возникновение деформаций крепи стволов и их сопряжений, как правило, недооценивается, а характер сдвижения массива горных пород и проявлений опорного давления еще недостаточно изучен.

Область интенсивного сдвижения горных пород над выработан­ ным пространством, или область подработки, характеризуется рас­ ширением горных пород в процессе подработки и их последующим повторным уплотнением после отхода забоя.

На устойчивость сопряжений, сооружаемых в слоистых горных породах, влияет их расположение по отношению к напластованию пород. Так, в сопряжении околоствольного двора [8] при коэффи­ циенте бокового распора в массиве, меньшем единицы (что соответ­ ствует небольшой глубине), проявляются растягивающие, напряже­ ния, направленные вдоль и поперек выработки.

При заложении сопряжения на небольшой глубине при любой ориентировке относительно крутопадающих слоев пород возможно его разрушение от разрыва между слоями под действием растягива­ ющих напряжений.

При сооружении сопряжений на большой глубине напряжения массива в кровле и почве будут направлены вдоль слоев. Породы со стороны падения пласта могут более свободно расширяться в направ­ лении, перпендикулярном к слоям, а значит, здесь будет большая вероятность расслоения и последующего разрушения массива. Вследствие этого крепь будет воспринимать нагрузку со стороны кровли. На противоположной стороне сопряжения условия лучше, но если силы достаточно велики, то расслоение произойдет к здесь, причем создаются усилия, могущие вызвать разрыв крепи.

Согласно работе 18], наиболее интенсивные нарушения в мас­ сиве горных пород на шахтах Донбасса при ориентировке по на­ пластованию пород сопряжений на крутом и наклонном падении на? блюдаются со стороны кровли.

Увеличение ширины сопряжения, сооружаемого вкрест простира­ ния и напластования, способствует более свободному расширению пород в кровле. Породы в боковых целиках при таком расположении сопряжения находятся в лучшем положении, хотя здесь из-за боль­

шого пролета (ширина выработки) иногда наблюдается выдавливание слабых глинистых пород, чему способствовала большая изрезанность околоствольного массива.

При расположении сопряжений по простиранию почва и кровля на крутом падении находятся в более благоприятном положении, чем на пологом.

Устойчивость сопряжений в условиях выбросоопасных пород определяется формой и размерами выработки, видом крепи, горногео­ логическими условиями и принятой тех­

части слоя песчаника мощностью 30 м, характеризующегося высо­ кой степенью выбросоопасности. При проходке ствола в этих поро­ дах произошло три выброса большой силы. По оси северной ветви сопряжения была пробурена разведочная скважина, результаты ее бурения подтвердили высокую степень выбросоопасности песчаника.

Рассечка сопряжения проводилась после завершения проходки ствола через окна, оставленные в бетонной крепи ствола, слоями снизу вверх. Развитию выброса породы большой силы способствова­ ло наличие значительного обнажения забоя выработки.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНОЙ ВЫСОТЫ СОПРЯЖЕНИЙ СТВОЛОВ

При оснащении ствола скипо-клетевым подъемом ось клети не совпадает с осью ствола, поэтому спускаемый длинномер не будет проходить через замок свода сопряжений (максимальная высота), а будет смещен от оси ствола на. величину е. При этих условиях вы­ сота сопряжений будет меньше необходимой для спуска длинномера.

При угле наклона спускаемого длинномера а = 45°, как реко­ мендует Н. М. Покровский [16], не обеспечивается условие, при

и оборудования, используемых для проходки ствола. Эти выработки необходимо проходить на такую технологическую длину, которая позволяла бы разместить в ней горнопроходческое оборудование для проходки выработок широким фронтом. Если рассечка сопряжения будет выполнена на длину только 4—6 м, то дальнейшая проходка приствольных выработок будет осуществляться уже после сооруже­ ния ствола с использованием постоянного подъема и значительными затратами ручного труда.

Технологическая длина рассечки сопряжения ствола выбирается на основании сравнения двух схем:

1)рассечка сопряжения проводится после проходки ствола (примем, что одновременно со стволом рассечка была выполнена на длину 5 м);

2)рассечка сопряжений проводится одновременно с проходкой

ствола.

В качестве критерия по определению технологической длины рассечки сопряжения примем затраты времени на выемку 1 м3 выра­ ботки в зависимости от длины ее проходки для каждой схемы.

Затраты времени на рассечку сопряжений по первой схеме:

Затраты времени на обмен груженого вагона на порожний

где Увм — объем временной крепи, штанг; Н0 — норма выработки

при креплении сопряжения штангами, штанг. Затраты времени на возведение постоянной крепи

при возведении бетонной крепи, м3; Ях — высота подъема клети, м. Значение Тг в общем виде можно записать следующим образом:

При рассечке сопряжения по второй схеме возникает технологи­ ческая возможность совместить работы по обуриванию забоя выра­ ботки с выдачей породы из забоя ствола при использовании стволо­ проходческого оборудования:

перной лебедки, м3/ч; <2 = дуИ\ § — вместимость скребка, м3; у — коэффициент "заполнения скребка; I = 21срК/С — время одного цикла скреперования, ч; К — коэффициент, учитывающий потерю времени на маневрирование со скрепером; С — скорость движения

скрепера, м/ч.

После подстановки значений величин получим

,(27С+120*,ср/()51л|>

1 51,7§уС

Значение Т2 в общем виде можно записать следующим образом:

На основании полученных формул построены графики измене­ ния затрат времени 7 \ и Т2 на выемку 1 м8 породы в зависимости от

длины рассечки сопряжения (рис. 6).

Затраты времени Тх на рассечку сопряжения (после проходки ствола) изменяются по гиперболической зависимости, а Т2 (одно-

временно с проходкой ствола) — линейно. С увеличением длины рас­ сечки сопряжения затраты времени Т, уменьшаются и при длине 20— 30 м становятся практически постоянными.

Значительные затраты времени 7 \ на рассечку сопряжения в начальный период объясняются большим его поперечным сечением, применением ручного труда на уборку породы и возведение крепи.

Из графика видно, что с увеличением длины рассечки сопря­ жения затраты Г2 увеличиваются и при определенной длине прибли­ жаются к Тх. Рост затрат времени Тхс увеличением длины рассечки

сопряжения объясняется увеличением затрат времени на доставку породы.

Пересечение гиперболы с прямой произойдет в том случае, ког­ да Тх = Т г. Точка пересечения и будет отвечать технологической

длине рассечки сопряжения, выполняемой одновременно с проход­ кой ствола.

Для сопряжения с минимальным поперечным сечением 1 эта длина будет составлять 16 м, а с максимальным 2 — 25 м.

■Рассечка сопряжений одновременно с проходкой ствола на дли­ ну 16—25 м обеспечивает сохранность элементов армировки, труб, кабелей от последствия взрывных работ (но сравнению с первой схемой) и создает широкий фронт работ в начальный период подго­ товки горизонта при использовании постоянного подъема.