ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК, ОХРАНЯЕМЫХ ПОДАТЛИВЫМИ АНТРАЦИТОВЫМИ ЦЕЛИКАМИ

Основным критерием мероприятий по обеспечению податливости целиков является их экономическая целесообразность. Рассмотрим, какие преимущества будут получены в результате увеличения допустимых деформаций целика. Их можно свести к следующему: обеспечение эксплуатационного состояния выработок, уменьшение потерь полезного ископаемого, уменьшение пучения почвы за счет перераспределения нагрузок в системе «целик – массив- выработанное пространство», уменьшение воздействия на нижележащие пласты, уменьшение удароопасности оставляемых целиков и т.п.

Основной особенностью работы податливых целиков является то, что фактические его деформации должны превышать допустимые упругие деформации при обеспечении требуемой несущей способности целика таким образом:

Δh>Δhупр при РФ>РДОП,

где Δh – деформация целика, мм; Δhупр- допустимые упругие деформации целика, мм; РФ – фактическая нагрузка на целик; РДОП – допустимая нагрузка на целик.

Исследования влияния податливости целиков на устойчивость охраняемых выработок проводилось на шахте «Майская» при отработке пласта 𝐼3н. На шахте замерные станции оборудовались на вентиляционном штреке №119 лавы №120 и в конвейерном штреке №120 лавы №121. Ширина охранных целиков между выработанным пространством лав №119 и №120 и, соответственно, вентиляционным и конвейерным штреками составляла на различных участках от 10 до 15 м.

Горнотехническая обстановка в районе конвейерного штрека следующая. Выше оставленного целика пласт отработан. Ниже конвейерного штрека №120 находится нетронутый массив, который отрабатывается лавой №121. Структура пласта на рассматриваемом участке сложная. В пределах экспериментального участка протяженностью 600 м пласт состоит из двух примерно равных по мощности пачек антрацита и крепкого породного прослоя. Мощность каждой из антрацитовых пачек меняется примерно в тех же пределах. Общая вынимаемая мощность пласта в среднем равна 1,8 м.

Горнотехническая ситуация на вентиляционном штреке №119 и структура пласта на экспериментальном участке примерно такие же, как и в конвейерном штреке №120. Протяженность экспериментального участка – около 180 м. Участок шахтного поля по плану 𝐼3н отрабатывался длинными столбами по простиранию. Длина очистных забоев 200-220 м, глубина работ – 800 м.

Для исследований проявлений горного давления в сечении выработки оборудовались замерные станции, состоящие из пары реперов «кровля-почва». Замерные станции оборудовались в 60-80 м впереди забоя, и наблюдения проводились до тех пор, пока замерная станция не оказывалась позади лавы на 40-60 м. Измерения расстояния между реперами осуществлялось индикаторной стойкой СУИ-2, точность измерения ±0,10 мм. Измерения до попадания замерной станции в зону опорного давления проводились один раз в неделю, а после попадания – ежесуточно.

На рис.1 показана типичная замерная станция. Податливость целиков на экспериментальных участках задавалась путем бурения скважин, камуфлетного взрывания, проведение разгрузочных печей; диаметр скважин составлял 300 мм, расстояние между скважинами 0,9-1,8 м.Камуфлетное взрывание производилось в исследуемом целике и заключалось во взрывании заряда в шпурах, пробуренных в целик из охраняемой выработки. Глубина шпуров при проведении камуфлетного взрывания составляла 4 м, расстояние между шпурами - 2,0 м. Вес заряда – 1,2 кг. Шпуры располагались в верхней и нижней пачке антрацита в шахматном порядке.

Задание податливости с помощью разгрузочных печей осуществлялось на участке выработки, длиной 72 м, охраняемой целиком шириной 14 м.В исследуемом целике было пройдено 6 разгрузочных печей длиной 7 м до середины целика. Расстояние между печами составляло 8 м, ширина печи 3 м. На Рисунке 2 показаны сечения выработок на экспериментальном участке, податливость целика на которых задавалась указанными способами.

На Рисунке 3 представлены результаты наблюдений, проведенных в конвейерном штреке 120 шахты «Майская». Как видно, здесь характер смещений на участках, охраняемой «жестким» и податливым целиком, примерно такой же, как выработке шахты «Южная», величина смещений кровли на уровне забоя составила соответственно 200 и 130 мм.

По нашему мнению,  это объясняется значительным увеличением пролета выработки вследствие проведения разгрузочных печей и камуфлетного взрывания скважин. После взрывания скважин в выработке отмечались осыпания и вывалы угля с боков, а также в целиках угля в разгрузочных печах между выработкой и забоев разгрузочных печей. Величина смещения при задании податливости целика с помощью скважины осталась примерно на том же уровне и составила 150 мм.

Как видно из результатов исследований, во всех случаях величина смещения кровли выработок, охраняемых податливыми целиками, меньше, чем на выработках, охраняемых «жесткими» целиками. При этом коэффициент влияния податливости 

где U1 – величина максимальных смещений кровли в выработках, охраняемых «жесткими» целиками, мм; U2–смещения кровли в выработках, охраняемых податливыми целиками.

Таким образом, задание охраняемым целикам податливости уменьшает величину смещений в охраняемых выработках примерно на 40 %. Интересно отметить тот факт, что результат исследований влияния податливости охранных  целиков  на  устойчивость  выработок  на  моделях  из  эквивалентных  материалов  получился сопоставимый с результатом, полученным в натурных условиях.𝐾𝑈 по данным моделирования составил 0,65 – 0,7. Таким образом, на основании проведенных исследования можно принимать 𝐾𝑈 =0,6-0,7.

Список литературы

1.     Баранов С.Г. Геомеханические основы управления кровлей в лавах с механизированными крепями на пологих пластах: автореф. дис…д-ра техн.наук/ВНИМИ. -Спб.1997. -48с.

2.     Бич Я.А. и др. Указания по безопасному ведению горных работ на интенсивно нарушенных пластах Партизанского бассейна, склонных к горным ударам. - Л.: ВНИМИ, 1990. – 32с.