О механизме потери устойчивости горных выработок и способах управления состоянием вмещающего их массива

На основі теоретичних та експериментальних досліджень, що стосуються стійкості пружно-пластичних систем, розроблена ціла низка способів локальної охорони та підтримання гірничих виробок. Ці способи базуються на ідеях розвантаження гірських порід від підвищених напружень та їх укріплення і дозволяють...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2012
Main Authors:	Дрибан, В.А., Новиков, А.О.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України 2012
Series:	Наукові праці УкрНДМІ НАН України
Online Access:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57123
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	О механизме потери устойчивости горных выработок и способах управления состоянием вмещающего их массива / В.А. Дрибан, А.О. Новиков // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2012. — № 11. — С. 275-292. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-57123
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-571232014-03-04T03:01:41Z О механизме потери устойчивости горных выработок и способах управления состоянием вмещающего их массива Дрибан, В.А. Новиков, А.О. На основі теоретичних та експериментальних досліджень, що стосуються стійкості пружно-пластичних систем, розроблена ціла низка способів локальної охорони та підтримання гірничих виробок. Ці способи базуються на ідеях розвантаження гірських порід від підвищених напружень та їх укріплення і дозволяють максимальною мірою використати несучу здатність масиву. Based on fundamental and experimental research related to the stability of elastic-plastic systems, a number of techniques has been developed for local protection and maintenance of mine workings. These techniques are based on the ideas to relief increased pressures in rocks and allow employing maximally a load-carrying capability of rocks. 2012 Article О механизме потери устойчивости горных выработок и способах управления состоянием вмещающего их массива / В.А. Дрибан, А.О. Новиков // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2012. — № 11. — С. 275-292. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 1996-885X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57123 622.834:622.268 ru Наукові праці УкрНДМІ НАН України Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	На основі теоретичних та експериментальних досліджень, що стосуються стійкості пружно-пластичних систем, розроблена ціла низка способів локальної охорони та підтримання гірничих виробок. Ці способи базуються на ідеях розвантаження гірських порід від підвищених напружень та їх укріплення і дозволяють максимальною мірою використати несучу здатність масиву.
format	Article
author	Дрибан, В.А. Новиков, А.О.
spellingShingle	Дрибан, В.А. Новиков, А.О. О механизме потери устойчивости горных выработок и способах управления состоянием вмещающего их массива Наукові праці УкрНДМІ НАН України
author_facet	Дрибан, В.А. Новиков, А.О.
author_sort	Дрибан, В.А.
title	О механизме потери устойчивости горных выработок и способах управления состоянием вмещающего их массива
title_short	О механизме потери устойчивости горных выработок и способах управления состоянием вмещающего их массива
title_full	О механизме потери устойчивости горных выработок и способах управления состоянием вмещающего их массива
title_fullStr	О механизме потери устойчивости горных выработок и способах управления состоянием вмещающего их массива
title_full_unstemmed	О механизме потери устойчивости горных выработок и способах управления состоянием вмещающего их массива
title_sort	о механизме потери устойчивости горных выработок и способах управления состоянием вмещающего их массива
publisher	Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
publishDate	2012
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57123
citation_txt	О механизме потери устойчивости горных выработок и способах управления состоянием вмещающего их массива / В.А. Дрибан, А.О. Новиков // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2012. — № 11. — С. 275-292. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.
series	Наукові праці УкрНДМІ НАН України
work_keys_str_mv	AT dribanva omehanizmepoteriustojčivostigornyhvyrabotokisposobahupravleniâsostoâniemvmeŝaûŝegoihmassiva AT novikovao omehanizmepoteriustojčivostigornyhvyrabotokisposobahupravleniâsostoâniemvmeŝaûŝegoihmassiva
first_indexed	2025-07-05T08:23:31Z
last_indexed	2025-07-05T08:23:31Z
_version_	1836794576759685120
fulltext	Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 275 УДК 622.834:622.268 О МЕХАНИЗМЕ ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК И СПОСОБАХ УПРАВЛЕНИЯ СОСТОЯНИЕМ ВМЕЩАЮЩЕГО ИХ МАССИВА Дрибан В. А. (УкрНИМИ НАНУ г. Донецк, Украина) Новиков А. О. (ГВУЗ «ДонНТУ», г. Донецк, Украина) На основі теоретичних та експериментальних досліджень, що стосуються стійкості пружно-пластичних систем, розроб- лена ціла низка способів локальної охорони та підтримання гір- ничих виробок. Ці способи базуються на ідеях розвантаження гірських порід від підвищених напружень та їх укріплення і до- зволяють максимальною мірою використати несучу здатність масиву. Based on fundamental and experimental research related to the stability of elastic-plastic systems, a number of techniques has been developed for local protection and maintenance of mine workings. These techniques are based on the ideas to relief increased pressures in rocks and allow employing maximally a load-carrying capability of rocks. Одной из важнейших задач горной геомеханики является обеспечение устойчивости выработок. В условиях глубоких шахт изменяется динамика и характер геомеханических процессов, происходящих в породном массиве, вмещающем выработку. Анализ существующих представлений о механизме прояв- ления горного давления в окрестности поддерживаемых вырабо- ток показал, что образование и развитие зон не обратимых де- формаций (ЗНД) во многом определяет их состояние. В тоже Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 276 время закономерности процессов, происходящих внутри ЗНД, пока изучены недостаточно. Существующие на данный момент методы оценки устойчи- вости выработок и параметров ожидаемого напряженно- деформируемого состояния (НДС) вмещающего массива позво- ляют рассчитать, как правило, лишь отдельные виды деформаций породных обнажений и применимы в узком диапазоне условий конкретных регионов, в большинстве случаев носят эмпириче- ский характер. Результаты известных аналитических расчетов имеют зна- чительные расхождения с данными шахтных наблюдений. Одни- ми из главных причин такого противоречия являются механи- стический перенос основных подходов и соотношений теории сплошных сред на поведение такой сложной среды, как горный массив, а также классических представлений о потере устойчиво- сти упругих систем на упругопластические. Из-за сложностей ма- тематического характера в известных решениях, как правило, рассматривается задача о распределении НДС вокруг круглой выработки, внутри которой установлена крепь с равномерным отпором. При выполнении расчетов с реальными значениями па- раметров, характеризующими физико-механические свойства горных пород, эти решения прогнозируют смещения контура вы- работок в несколько десятков миллиметров, в то время как, фак- тически установленные смещения для таких условий на один - два порядка выше. Смещения контура выработок являются след- ствием весьма сложных геомеханических процессов, происходя- щих в окружающем породном массиве. Именно это обстоятель- ство практически вынудило исследователей выстраивать много- численные деформационные модели (зачастую весьма сложные и тонкие) с введением, вообще говоря, не оправданных допущений [1-3], что привело исключительно к идеализации механизма про- явления горного давления, в котором не отражается физическая сущность происходящих геомеханических процессов. В силу указанных обстоятельств исследования посвященные изучению механизма формирования НДС вмещающего выработ- ки массива, нагрузок на крепи, разработке методов оценки устой- чивости и обеспечения длительного эксплуатационного состоя- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 277 ния всего комплекса горных выработок на протяжении последних 30-40 лет являются предметом многочисленных дискуссий. В ряде работ [4-8] предложен новый подход к оценке устой- чивости выработок. В них критерий устойчивого и не устойчиво- го состояния упругой системы Эйлера перенесен в упруго- пластическую область деформирования и сформулирован в би- фуркационной форме. Для случая, когда возможен равновесный переход системы из исходного состояния в некоторое другое (бифуркация равновесия) при неизменных внешних силах – ее состояние неустойчиво. Идея такого подхода заключается в том, что если при решении задачи о бифуркации состояния системы выделяются значения внешних параметров, при которых стано- вятся возможными разные, но бесконечно близкие значения внутренних параметров, то в условиях пластичности появляется другая дополнительная возможность определения характерных значений внешних параметров. А именно, при рассмотрении упругопластической задачи в приращениях можно выделить та- кие значения, которые отвечают неединственности решения си- стемы уравнений для приращений. В противоположность класси- ческим задачам устойчивости движения, характерным для теоре- тической механики, на первый план выступают не свойства инерционности, а природа связей, в качестве которых выступают определяющие соотношения пластичности, эквивалентные в ка- кой-то мере меняющимся связям с сухим трением. Именно это обстоятельство позволяет отказаться от постулата о непрерывной зависимости параметров, определяющих движение системы в данный момент, от таковых в любой предыдущий конечно уда- ленный момент. В соответствии с этим появилась возможность определить понятие неустойчивости движения даже более эф- фективным, чем по Ляпунову способом. Невозмущенное движе- ние, начиная с данного момента, является неустойчивым, если исчезающее малое изменение параметров движения в данный момент времени приводит к конечному их изменению в любом последующем конечном временном интервале. На основе новых подходов и решений задачи об устойчиво- сти массива горных пород вокруг протяженной одиночной выра- ботки [6-8] было установлено, что по мере развития деформаци- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 278 онных процессов в зависимости от величины горного давления и физико-механических свойств пород, вмещающий массив после- довательно проходит дискретный полубесконечный ряд равно- весных состояний. При этом, можно выделить такие значения деформаций контура выработки, которые отвечают не един- ственности решения системы уравнений пластичности, т.е. до- стигается такое возмущение контура выработки, при котором при неизменных внешних параметрах нагружения происходит пере- ход из сложившегося напряженного состояния массива в некото- рое другое, то есть появляется точка бифуркации. Проведенные для различных геомеханических условий расчеты показали, что относительные возмущения контура выработки, при которых наступает потеря устойчивости, составляют 12-18 %, что хорошо коррелирует с данными инструментальных наблюдений за сме- щениями пород в выработках [9]. В отличие от устоявшихся представлений о процессах фор- мирования и эволюции в процессе своего развития НДС вмеща- ющего выработку массива установлено, что они происходит скачкообразно, последовательно проходя дискретный ряд равно- весных состояний, отвечающих определенному соотношению физико-механических свойств вмещающих пород и уровню гор- ного давления. Установлено, что процесс потери устойчивости выработки инициируется формированием и попеременным вдавливанием двух клиновидных областей вмещающего массива. Визуально этот процесс выглядит, как образование складок. В зависимости от тяжести горно-геологических и геомеха- нических условий поддержания выработки деформирование вмещающего массива при потере устойчивости может проходить по двум внешне близким схемам, требующим, различных инже- нерных решений. Первая (мягкая) (рис. 1) потеря устойчивости сопровождается формированием «клина вдавливания» с углом раскрытия 140-150°, внутри которого происходят расслоения по- род по нормали к напластованию с сохранением их структуры. В этом случае для сохранения устойчивости выработки необходимо выполнить предварительное укрепление массива, например, пу- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 279 тем направленного нагнетания вяжущих или установки анкеров в точно выбранном направлении. Рис. 1. Потеря выработкой устойчивости по первой схеме Рис. 2. Потеря выработкой устойчивости по второй схеме Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 280 При потере устойчивости по второй схеме (жесткая) (рис. 2) происходит формирование «клина вдавливания»" с углом рас- крытия близким к прямому, при этом, внутри клина образуется ядро перемятых уплотненных пород с полной потерей структуры, а со стороны противоположной основному направлению дефор- мирования, появляется дополнительное вдавливание, соответ- ствующее предыдущей стадии деформирования. В этом случае для сохранения устойчивости выработки, простого механическо- го воздействия недостаточно. Требуются мероприятия по управ- лению напряженно–деформированным состоянием массива, например, локальная разгрузка либо изменение его физико- механических свойств. В ДонНТУ за последние 30 лет был разработан и апробиро- ван целый ряд локальных способов охраны выработок. Указан- ные способы базируются на идеях разгрузки пород от повышен- ных напряжений и их укрепления и позволяют в максимальной степени использовать несущую способность массива. Так, для направленного, локального повышения прочности пород разра- ботаны и запатентованы способы укрепления с использованием эффекта вакуумирования (рис. 3). Рис. 3. Способы направленного укрепления пород с исполь- зованием эффекта вакуумирования (А.С. СССР № 973852) (а) и воздушной «опалубки» (А.С. СССР № 1747708) (б): 1 – скважина; 2 – инъектор; 3 – рас- порно-изолирующее устройство; 4 – трубка подачи сжатого воздуха а) б) Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 281 Сущность предлагаемых способов заключается в следую- щем. В кровлю или бока выработки, в пределах участка породно- го обнажения на котором по расчетам необходимо повысить прочность пород бурят скважины. После этого в них устанавли- вают герметизирующие устройства. Затем, одновременно с нагнетанием укрепляющих растворов в одни скважины произво- дят отсос воздуха из других скважин (рис. 3а). Этим обеспечива- ется направленное движение укрепляющих растворов в заданных областях. С целью предупреждения протекания нагнетаемого укрепляющего раствора через наиболее нарушенный слой при- контурных пород в полость выработки, в усовершенствованном способе (рис. 3б), в скважины для укрепления подают на участке нарушенных пород между герметизирующими устройствами (за пределами укрепляемого участка) сжатый воздух. Для повышения устойчивости приконтурных пород (в том числе и локального) разработаны и запатентованы следующие способы повышения устойчивости на основе применения анкер- ного крепления. Усовершенствованный способ опорно-анкерного крепления [10] позволяет обеспечить устойчивость пород на контуре выра- ботки при величине коэффициента бокового распора (λ) меньше единицы. Суть способа состоит в создании начального натяжения в анкерах (Рн), устанавливаемых в боках выработки в 2-6 раз вы- ше (в зависимости от величины коэффициента бокового распора), чем в анкерах, устанавливаемых в кровлю (рис. 4). При этом снижаются напряжения, действующие в кровле выработки, пре- дупреждается образование зон разрушения пород на ее контуре. С целью предупреждения развития разрушений в массиве (на отдельных его участках) предложен способ установки анкера [11]. Для этого анкерная штанга в импульсном режиме впрессо- вывается в заранее пробуренный шпур с меньшим, чем у нее диаметром. При вдавливании анкера происходит упруго-вязкое деформирование пород по его контакту со стенками шпура, при этом, создаваемое давление на торец анкера (до 200 МПа) пере- дается на прилегающий массив, как в продольном, так и в попе- речном направлении. Способ позволяет повысить устойчивость поддерживаемой выработки путем изменения вида и параметров Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 282 напряженного состояния укрепляемых пород, так как в результа- те увеличения коэффициента бокового распора у них возрастет предел прочности и угол внутреннего трения. Рис. 4. Усовершенствованный способ опорно-анкерного крепления Для устранения концентраций напряжений вокруг мест установки анкерных штанг, с целью расширения области исполь- зования анкерного крепления, локального повышения устойчиво- сти горной выработки, проводимой в породах любой категории устойчивости, запатентован способ крепления горной выработки анкерной крепью [12]. Сущность способа заключается в выборе такого материала анкерной штанги и ее диаметра, расстояния между соседними анкерными штангами, угла наклона анкерных штанг к поверхности породного обнажения, чтобы отношение приведенного модуля упругости создаваемой породно-анкерной конструкции Епр к модулю упругости анкеруемой породы Eп, находилось в пределах от 1 до 1,25, при этом приведенный мо- дуль упругости породно-анкерной конструкции Епр рассчитывают по формуле: t EdtdE пaaa ⋅−+α⋅⋅⋅ = )(sin2 Епр , где Ea – модуль упругости материала, из которого изготов- лена анкерная штанга, МПа; da – диаметр анкерной штанги, м; α – угол наклона анкерной штанги к поверхности породного обнаже- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 283 ния, град; t – расстояние между соседними анкерными штангами, м; Eп – модуль упругости скрепляемых анкерами пород, МПа. Способ пространственного анкерования [14] позволяет со- здать вокруг выработки (отдельного участка ее контура) породно- анкерную оболочку (конструкцию) с высокой остаточной несу- щей способностью, которая дает возможность породам на конту- ре деформироваться в значительных пределах (рис. 5). Сущность способа заключается в том, что закрепляемая поверхность пород- ного обнажения по длине выработки или ее участка условно раз- бивается на четные и нечетные полосы. В пределах каждой поло- сы размечаются квадраты. Квадраты в четных полосах смещены вдоль оси выработки относительно квадратов нечетных полос на половину стороны своего основания. Анкеры устанавливают в вершинах квадратов, при этом направление установки анкеров совпадает с большими диагоналями кубов, боковыми гранями ко- торых являются указанные квадраты. Рис. 5. Пространственная схема расположения анкеров с их ориентацией по смещенным диагоналям куба: 1 – ан- керы четного ряда; 2 – анкеры нечетного ряда; 3 – кровля выработки; 4 – анкерный подхват, 5 – четные полосы; 6 – нечетные полосы Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 284 Анкеры устанавливают с наклоном к забою выработки. В четных и нечетных рядах анкеры направлены в противоположные стороны относительно продольной оси выработки. Для выработок, поддерживаемых в сложных горно- геологических условиях, разработан способ комбинированного крепления выработки анкерной крепью [15]. Рис. 6. Схема комбинированного способа крепления выра- ботки анкерной крепью: 1 – забой выработки; 2 – жесткая анкерная крепь; 3 – податливая анкерная крепь Он позволяет создавать вокруг выработок породно- анкерные конструкции с высокой несущей способностью, рабо- тающие в ограниченно-податливом режиме и допускающие их деформирование до максимальных значений остаточных дефор- маций. Для этого (рис. 6) в забое выработки 1 возводят в кровлю и бока жесткую анкерную крепь 2, при этом вокруг выработки образуется породно-анкерная оболочка с высокой несущей спо- собностью, выполняющая роль крепи. С отставанием от забоя возводят податливую анкерную крепь 3 на глубину, больше рас- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 285 четного размера формирующейся вокруг выработки зоны разру- шенных пород. При удалении забоя, разрушение пород в преде- лах породно-анкерной оболочки не происходит. Процессы де- формирования и разрушения начинаются в глубине массива за ее пределами. Возводимая с отставанием от забоя податливая ан- керная крепь позволяет перемещаться жесткой породно-анкерной оболочке в полость выработки, не разрушаясь, при этом, макси- мально используется ее несущая способность, что способствует скорейшему установлению в массиве равновесного состояния и стабилизации смещений пород. Многократно увеличивается ра- ботоспособность крепи, повышается устойчивость выработки, снижаются материальные и трудовые затрат на поддержание. С целью обеспечения длительной устойчивости выработок, снижения затрат на их поддержание и упрощения технологии крепления была разработана рамно-анкерная крепь [16], общий вид которой показан на рисунке 7. Рис. 7. Общий вид рамно-анкерной крепи: 1 – рама податли- вой крепи; 2 – жесткие анкеры; 3 – планка; 4 – гайки 4; 5 – фигурные шайбы; 6 – закрепляемая поверх- ность; 7 – шпуры для установки анкерных штанг; α – угол установки анкерных штанг Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 286 Она состоит из податливой рамы 1, жестких анкеров 2, свя- занных с рамой посредством планки 3, гаек 4 и фигурной шай- бы 5. Для установки анкеров в закрепляемую поверхность 6 бу- рятся шпуры 7 под углом α = 40°-70°. Устанавливаемая в забое проводимой выработки рамная крепь, обеспечивает необходимый подпор породам на контуре выработки и препятствует развитию разрушений вглубь массива до момента установки анкерной крепи. После установки анкер- ной крепи в приконтурном ненарушенном массиве создается жесткая породно-анкерная конструкция, в которой за счет скре- щивающегося расположения анкеров, обеспечивается дополни- тельный подпор породам на контуре выработки и достигается по- ложительный технический эффект. Благодаря своему простран- ственному расположению анкеры вовлекаются в совместную ра- боту с рамной крепью. При этом, происходит не только объеди- нение усилий рамной и анкерной крепи по восприятию горного давления, но и обеспечивается их жесткий и согласованный ре- жим работы за счет соединения их в единую конструкцию план- кой, фигурными шайбами и гайками. Для сохранения устойчивости выработок, в которых она по- теряна по второй схеме, разработаны способ поддержания «крепь-охрана» (рис. 8), комбинированный способ охраны (рис. 9) и способы борьбы с пучением (взрывощелевая разгрузка (рис. 10) и образования компенсационной полости в почве выра- ботки (рис. 11)), позволяющие управлять напряженно– деформированным состоянием вмещающего массива. В геомеханических условиях, когда применение традицион- ной конструкции анкеров не позволяет существенно влиять на величину, действующих на контуре выработки, напряжений, предложен способ поддержания выработок «крепь-охрана» [13]. Идея способа состоит в совмещении процессов разгрузки вме- щающего выработку массива от повышенных напряжений и его крепления. Это достигается путем взрывного раскрепления труб- чатых анкеров специальной конструкции, устанавливаемых по периметру выработки на определенном расстоянии. При раскреп- лении анкеров, часть энергии взрыва расходуется на образование зоны разгрузки на заданном от контура выработки удалении, а Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 287 остальная – на развальцовывание анкеров в шпурах. При этом, вокруг выработки искусственно образуется область из нарушен- ных пород, а образованная породно-анкерная оболочка выполня- ет роль крепи (рис. 8). Рис. 8. Схема проведения выработки с использованием спо- соба «крепь-охрана» (а) и конструкция заряда ВВ (б): 1 – трубчатый анкер; 2 – гайка стопора пакера; 3 – пакер; 4 – патроны ВВ; 5 – песчано-глинистая забой- ка; 6 – провода электродетонаторов; 7 – шпур; 8 – опорная плита; 9 – натяжная гайка Комбинированный способ охраны предназначен для сниже- ния напряженного состояния вмещающего выработку пород и ре- комендуется для применения с целью улучшения условий под- держания выработок. Сущность способа (рис. 9) заключается в проведении передовой выработки с разгрузкой массива от повы- шенных напряжений и образованием вокруг неё ЗНД необходи- мых размеров. В дальнейшем выработку расширяют до проект- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 288 ных размеров и возводят облегченную крепь. К основным пара- метрам способа относят: площадь поперечного сечения передо- вой выработки, выбираемую в зависимости от проектного сече- ния; отставание забоя выработки проектного сечения от забоя пе- редовой выработки; параметры взрывной разгрузки в передовой выработке. Применение способа позволяет на 30-40 % снизить материальные трудовые затраты на поддержание выработки. Рис. 9. Комбинированный способ охраны капитальных вы- работок: 1 – шпуры для расширения передовой вы- работки до проектных размеров; 2 – выработка про- ектного сечения; 3 – разгрузочные шпуры; 4 – шпу- ры для проведения передовой выработки Способ взрывощелевой разгрузки (рис. 10) предназначен для предупреждения пучения пород почвы в выработках, прово- димых буровзрывным способом, сооружаемых в породах с проч- ностью не менее 40 МПа. Он реализуется путем взрывания заряда Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 289 взрывчатого вещества (ВВ) в шпурах глубиной до 2,5 м, пробу- ренных через бока выработки в почву. Способ хорошо вписыва- ется в технологический цикл работ по проведению выработки и не снижает скорость ее проведения. Схема расположения разгру- зочных шпуров является составной частью паспорта проведения выработки. Способ предупреждает выдавливание пород почвы за счет искусственного образования в приконтурном массиве ло- кальных областей пониженных напряжений, наличие которых позволяет перенести действующие повышенные напряжения вглубь массива. При этом в почве выработки образуется зона раз- грузки с минимальными деформациями, что обеспечивает ис- пользование несущей способности разгруженного от напряжений массива для предупреждения пучения. Рис. 10. Способ взрывощелевой разгрузки: 1 – горная выра- ботка; 2 – зона разгруженных от напряжений пород; 3 – разгрузочные шпуры К основным параметрам способа относят: длину разгрузоч- ных шпуров, углы наклона их к горизонту в сторону почвы и от- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 290 носительно продольной оси в сторону забоя, расстояние между разгрузочными шпурами и величину заряда ВВ в них. Способ борьбы с пучением путем образования компенсационной полости в почве выработки (рис. 11) предназначен для предупреждения выдавливания пород почвы в выработках, носящего характер складкообразования. Способ может применяться как при соору- жении, так и при эксплуатации выработок. Сущность способа за- ключается в предотвращении эффекта складкообразования пород непосредственной почвы выработки путем искусственного со- здания компенсирующей полости на пути смещения слоев почвы по плоскостям напластования. Для этого в почву выработки в направлении перпендикулярном напластованию бурят шпуры, в которые помещаются камуфлетные заряды ВВ, взрываемые за один прием с различными сериями замедления. Работы по созда- нию компенсационных полостей могут осуществляться как в за- бойной части выработки при ее сооружении, так и при эксплуа- тации выработки в случае начала интенсивного выдавливания пород, а также одновременно с ведением работ по поддирке. К параметрам способа относят: глубину разгрузочных шпуров, рас- стояние между ними, величину заряда ВВ в шпуре. Рис. 11. Способ борьбы с пучением путем образования ком- пенсационной полости в почве выработки Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 291 Все описанные способы охраны прошли широкую промыш- ленную апробацию на шахтах Восточного Донбасса и показали высокую техническую эффективность. СПИСОК ССЫЛОК 1. Ставрогин А.Н., Протосеня А.Г. Пластичность горных пород. – М.: Недра, 1979. – 301 с. 2. Протосеня А.Г., Ставрогин А.Н., Черников А.К., Тарасов В.Г. К определяющим уравнениям состояния при деформировании горных пород в запредельной области // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 1981. – № 3. – С. 33 – 43. 3. Протосеня А.Г., Ставрогин А.Н., Черников А.К., Тарасов В.Г. Запредельное состояние горных пород и его связь с задачами неоднородной теории пластичности // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 1979. – № 6. – С. 3 – 9. 4. Driban, V. New approach to assessment of mine working stability [Text] / V. Driban // 7-th International Scientific Conference Mod- ern Management of Mine Producing, Geology and Environmental Protection SGEM – Albena, (Bulgaria). – 2007. – P. 251 – 259. 5. Driban, V. On the of mine working stability [Text] / V. Driban // Форум гірників – 2007 – Дніпропетровськ. – 2007. – С. 35 – 41. 6. Driban, V. On the new approach to the problem of maintenance mine workings [Text] / V. Driban // 21th World Mining Congress “New Challenges and Visions for Minigs” – Krakow (Poland). – 2008. – P. 65 – 72. 7. Дрибан В.А. Об одном подходе к оценке устойчивости масси- ва горных пород вокруг выработок / Зб. наук. пр. УкрНДМІ НАНУ. – Донецьк, 2010. – № 7 – С. 211 – 223. 8. Дрибан В.А. Об одном пути потери устойчивости горной вы- работки выработок / Зб. наук. пр. УкрНДМІ НАНУ. – До- нецьк, 2011. – № 9 частина I. – С. 309 – 335. 9. Дрибан В.А. Определение критерия устойчивости выработок / Дрибан В.А., Южанин И.А., Терлецкий А.М. / Зб. наук. пр. УкрНДМІ НАНУ. – Донецьк, 2010. – № 7 – С. 190 – 198. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 292 10. Патент на корисну модель № 45341. Україна. МКИ Е21В 13/00. Спосіб опорно-анкерного кріплення гірничих виробок / М.М. Касьян, О.О. Новіков, Ю.А. Петренко, В.А. Плет- нев, С.Ю. Гладкий, І.М. Шестопалов. Заявл. 05.05.2009. Опубл. 10.11.2009, Бюл. № 21. – 6 с.: ил. 11. Патент на корисну модель № 558763 Україна. МКИ Е21D 20/00. Спосіб встановлення анкера / Касьян М.М., Нові- ков О.О., Петренко Ю.А., Дрипан П.С., Шестопалов І.М., Гладкий С.Ю., Виговський Д.Д. – Заявл. 04.06.2010 ; опубл. 27.12.2010 ; бюл. № 24. – 6 с. 12. Патент № 95155 Україна. МКИ Е21D 20/00, Е21D11/00. Спо- сіб кріплення гірничих виробок анкерним кріпленням / Кась- ян М.М., Новіков О.О., Петренко Ю.А., Плетнев В.А., С.Ю. Гладкий, І.М. Шестопалов. – Заявл. 25.12.2009; опубл. 25.06.2011; бюл. № 12. – 8 с. 13. Временная инструкция по применению способа поддержания горных выработок «крепь-охрана» : РД 12.18.072-88 / К.В. Кошелев, Ю.А. Петренко, А.О. Новиков и др. – утв. Ми- нуглепром СССР 26.09.88. – Донецк-Харьков, 1988. – 39 с. 14. Патент на корисну модель №42320. Україна. МКИ Е21D 11/00, E21D 13/00. Спосіб кріплення гірничих виробок / М.М. Касьян, В.А. Плетнев, С.Ю. Гладкий, І.Г. Сахно, О.О. Новіков, І.М. Шестопалов. – Заявл. 23.02.2009 ; опубл. 25.06.2009 ; бюл. № 12. – 6 с. : ил. 15. Патент на корисну модель № 53899. Україна. МКИ Е21D 13/00. Спосіб комбинованого кріплення гірничої виробки ан- керним кріпленням / М.М. Касьян, О.О. Новіков, Ю.А. Пет- ренко, І.Г. Сахно, І.М. Шестопалов, В.А. Плетнев, С.Ю. Глад- кий. – Заявл. 29.03.2010 ; опубл. 22.10.2010 ; бюл. № 20. – 4 с. : ил. 16. Патент на корисну модель № 62682. Україна. МКИ Е21D 13/00. Рамно-анкерне кріплення / М.М. Касьян, О.О. Новіков, Ю.А. Петренко, І.М. Шестопалов, П.С. Дрипан, С.Ю. Глад- кий, Д.Д. Виговський. – Заявл. 10.02.2011 ; опубл. 12.09.2011 ; бюл. № 17. – 6 с. : ил.

О механизме потери устойчивости горных выработок и способах управления состоянием вмещающего их массива

Institution

Similar Items