Коньюнктурно-экономические и горно-технологические аспекты поддержания выемочных штреков угольных шахт
У ретроспективному плані розглянуті концептуальні, наукові та технологічні аспекти підтримки гірничих виробок. На прикладі досвіду шахти “Красноармійська-Західна № 1” показано подальший розвиток комбінованих охоронних конструкцій виїмкових штреків....
Gespeichert in:
| Datum: | 2007 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України
2007
|
| Schriftenreihe: | Геотехническая механика |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31431 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Коньюнктурно-экономические и горно-технологические аспекты поддержания выемочных штреков угольных шахт / М.А. Ильяшов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2007. — Вип. 73. — С. 61-69. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-31431 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-314312025-02-09T09:53:01Z Коньюнктурно-экономические и горно-технологические аспекты поддержания выемочных штреков угольных шахт Marketeering - economic and mining - technological aspects of the maintenance of the coal mine´s drifts Ильяшов, М.А. У ретроспективному плані розглянуті концептуальні, наукові та технологічні аспекти підтримки гірничих виробок. На прикладі досвіду шахти “Красноармійська-Західна № 1” показано подальший розвиток комбінованих охоронних конструкцій виїмкових штреків. Conception, scientific and technological aspects of the coal-mine´s maintenance are considered in the retrospective plane. The development of the combined protection constructions of the drifts are demonstrated of the example of the coal-mine “Krasnoarmeyskaya-Zapadnaya № 1” 2007 Article Коньюнктурно-экономические и горно-технологические аспекты поддержания выемочных штреков угольных шахт / М.А. Ильяшов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2007. — Вип. 73. — С. 61-69. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31431 622.28:622.016 ru Геотехническая механика application/pdf Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
У ретроспективному плані розглянуті концептуальні, наукові та технологічні аспекти підтримки гірничих виробок. На прикладі досвіду шахти “Красноармійська-Західна № 1” показано подальший розвиток комбінованих охоронних конструкцій виїмкових штреків. |
| format |
Article |
| author |
Ильяшов, М.А. |
| spellingShingle |
Ильяшов, М.А. Коньюнктурно-экономические и горно-технологические аспекты поддержания выемочных штреков угольных шахт Геотехническая механика |
| author_facet |
Ильяшов, М.А. |
| author_sort |
Ильяшов, М.А. |
| title |
Коньюнктурно-экономические и горно-технологические аспекты поддержания выемочных штреков угольных шахт |
| title_short |
Коньюнктурно-экономические и горно-технологические аспекты поддержания выемочных штреков угольных шахт |
| title_full |
Коньюнктурно-экономические и горно-технологические аспекты поддержания выемочных штреков угольных шахт |
| title_fullStr |
Коньюнктурно-экономические и горно-технологические аспекты поддержания выемочных штреков угольных шахт |
| title_full_unstemmed |
Коньюнктурно-экономические и горно-технологические аспекты поддержания выемочных штреков угольных шахт |
| title_sort |
коньюнктурно-экономические и горно-технологические аспекты поддержания выемочных штреков угольных шахт |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України |
| publishDate |
2007 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31431 |
| citation_txt |
Коньюнктурно-экономические и горно-технологические аспекты поддержания выемочных штреков угольных шахт / М.А. Ильяшов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2007. — Вип. 73. — С. 61-69. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT ilʹâšovma konʹûnkturnoékonomičeskieigornotehnologičeskieaspektypodderžaniâvyemočnyhštrekovugolʹnyhšaht AT ilʹâšovma marketeeringeconomicandminingtechnologicalaspectsofthemaintenanceofthecoalminesdrifts |
| first_indexed |
2025-11-25T13:40:40Z |
| last_indexed |
2025-11-25T13:40:40Z |
| _version_ |
1849769897039495168 |
| fulltext |
"Геотехническая механика" 61
УДК 622.28:622.016
М.А. Ильяшов
КОНЬЮНКТУРНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ГОРНО-
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОДДЕРЖАНИЯ
ВЫЕМОЧНЫХ ШТРЕКОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ
У ретроспективному плані розглянуті концептуальні, наукові та технологічні аспекти
підтримки гірничих виробок. На прикладі досвіду шахти “Красноармійська-Західна № 1”
показано подальший розвиток комбінованих охоронних конструкцій виїмкових штреків.
MARKETEERING - ECONOMIC AND MINING - TECHNOLOGICAL
ASPECTS OF THE MAINTENANCE OF THE COAL MINE´S DRIFT S
Conception, scientific and technological aspects of the coal-mine´s maintenance are considered
in the retrospective plane. The development of the combined protection constructions of the drifts
are demonstrated of the example of the coal-mine “Krasnoarmeyskaya-Zapadnaya № 1”
Задача повышения эффективности и безопасности проведения и поддержа-
ния горных выработок требует реализации новых управленческих и научных
концепций, которые способны не только поддержать достигнутый технологи-
ческий уровень шахтных производств, но и обеспечить, если не прорыв, то хотя
бы стабильный его рост. Сейчас многие специалисты пришли к выводу, что в
проблеме обеспечения охраны горных выработок угольных шахт характерным
является не только противоречивость мнений по поводу оценок достигнутых
научных результатов, но и в еще большей степени по поводу целей, которых
можно достигнуть при их использовании. Полагаем, что это связано, в первую
очередь, с тем, что их применение осуществляется в весьма широком диапазоне
многообразных и сложных горно-геологических условий поддержания вырабо-
ток, для которых зачастую используемые знания и закономерности не были ус-
тановлены. Заметим, что, несмотря на выявленные в последнее время фунда-
ментальные закономерности об особенностях деформирования и разрушения
породных массивов, ослабленных горными выработками [1-5], наиболее неяс-
ным остается геомеханическое поведение углепородных толщ в условиях изме-
нения напряженно-деформированного и структурно-фазового состояния пород-
ных массивов. Очевидно, что для более глубокого понимания этих процессов
необходимо всестороннее изучение физических механизмов самоорганизации
массива пород вблизи подземных выработок в широком диапазоне горно-
геологических условий и при различных конструкциях подземных геотехниче-
ских систем. Поэтому основная задача геомеханики состоит в постоянном рас-
ширении условий и объемов проведения экспериментальных исследований, как
базы для теоретических обобщений. Отсюда важными являются шахтные экс-
перименты, которые в последнее время проводятся крайне недостаточно, хотя
только на их основе можно получить совершенно неожиданные и столь же ин-
тересные результаты.
Практикам горного производства следует осознать, что постановка шахтных
экспериментов это не удовлетворение наукой любопытства за их средства, а
жгучая потребность угольных шахт, о чем свидетельствуют последние события.
62 Выпуск № 73
На повестке дня стоит задача обобщения имеющихся и получения новых экспе-
риментальных данных, как для создания элементов фундаментальной теории,
так и феноменологических теорий описания геомеханических процессов, про-
исходящих в подземных геотехнических системах угольных шахт. Здесь умест-
но привести слова Ю. Швингера [6], что «…истинная роль фундаментальной
теории заключается не в том, чтобы описать сразу же имеющийся необработан-
ный теоретически экспериментальный материал, а в том, чтобы объяснить от-
носительно небольшое число параметров феноменологической теории в терми-
нах, которых было описано огромное количество экспериментальных данных».
Очевидно, что именно феноменологические теории позволят обосновать ряд
практических правил и технологий управления горным давлением в выработках
угольных шахт. Сегодня можно утверждать, что прорывных технологий в об-
ласти крепления, поддержания и охраны горных выработок не существует - все
они носят эволюционный характер. Главных причин тому несколько.
Первая – никогда угольной промышленности не выделялись достаточные
средства на прогнозирование и формирование стратегии разработки указанной
проблемы.
Вторая – имеющийся научно-технический потенциал, наработанный акаде-
мическими, отраслевыми институтами и ВУЗами, по-прежнему, остается не
востребованным, а его использование и развитие не обеспечивается финансо-
вой поддержкой.
Третья - отрасль, будь-то в части применения металлокрепей, анкерных кре-
пей или охранных конструкций с неметаллическими материалами, к сожале-
нию, с опозданием, а порой и неумело повторяла зарубежный опыт (Германия,
Великобритания, США), игнорируя достижения своих ученых.
Четвертая – (нынешняя) – целый ряд малых венчурных фирм, имея необхо-
димую базу и специалистов, разрабатывают и испытывают на шахтах отрасли
инновационные новшества за счет собственных средств, но отрасль не коорди-
нирует их работы, не оказывает стимулирующую поддержку, поэтому даже ка-
чественно новые разработки применяются в весьма ограниченных объемах.
Очевидно, что крайне актуальным является развитие известных базисных форм
инновационных процессов: административно-хозяйственной (шахты), про-
граммно – целевой (отрасль), инициативной (ученые, венчурные фирмы, спе-
циалисты).
И, наконец, пятая причина – это отсутствие объективной оценки эффектив-
ности технических новшеств и экономического механизма определения и полу-
чения финансовой статисфакции разработчиками, производителями и потреби-
телями технических новшеств.
Говоря об экономической стороне проблемы, следует указать на два ее ас-
пекта. Первый связан с тем, что в оценке экономической эффективности вне-
дряемых новшеств в большинстве случаев присутствуют элементы произволь-
ности и искажения исходной базы, принимаемой в расчетах. Другой аспект, ко-
торый связан с острой необходимостью существенного снижения капитальных
и эксплуатационных затрат на проведение и поддержание выработки, величина
"Геотехническая механика" 63
которых достигает до 30% в себестоимости добычи угля, требует постоянного
изучения физики горных процессов в широком смысле их понимания.
Очевидно, что первоочередной задачей является системное изучение физи-
ко-механических свойств пород и массивов. Пользование среднестатистиче-
скими показателями свойств пород по шахте становится некорректным как для
расчетов, так и моделирования процессов. Центральной задачей остается изу-
чение физики процессов самоорганизации породного массива под влиянием ес-
тественного и техногенного полей напряжений в условиях различных площадей
его обнажения. Задача создания физико-технических основ управления дефор-
мационными процессами в угольных и породных массивах требует постоянно-
го и системного изучения их взаимодействия с различными подземными гео-
техническими системами шахт.
Подытоживая эту часть статьи, укажем, что для обеспечения технического
прорыва в решении указанной проблемы надо создать научную, технологиче-
скую и управленческую инновации, которые в совокупности обеспечат ценно-
стную экономическую инновацию, имеющую долгосрочные конкурентные пре-
имущества. Совокупные действия в этом направлении, на наш взгляд, должны
быть воплощены в программах шахт по техническому развитию производств.
Исходя из изложенных предпосылок, и выделяя из общей проблемы угле-
добычи частную задачу, нами была поставлена задача изучения геомеханики
устойчивости горных выработок, подверженных влиянию фронта очистных ра-
бот, в целях разработки эффективных технических решений их поддержания.
Комплекс исследовательских работ был проведен в условиях поддержания гор-
ных выработок на шахте «Красноармейская-Западная № 1».
Рабочая гипотеза имела две предпосылки: 1) устойчивость выемочных
штреков – это физика больших перемещений (смещений) и 2) перспективными
в поддержании участковых выработок угольных шахт является применение
комбинированных охранных конструкций нарастающего сопротивления с ком-
плементарной условиям податливостью [7].
В связи с этим в задачу исследований входила оценка величин смещений
пород при различных охранных конструкциях. Для этого были оборудованы
наблюдательные станции в выработках, указанных в таблице 1, которые были
закреплены крепью КМП-15,4-19,3. Анализ данных таблицы 1 показывает, что
величины смещений (опускания) пород составляет 0,5-1,2 м, а потеря сечения
выработок достигает 7,0 м2. Большими значениями характеризуется скорость
потери сечения выработки, достигая в максимуме 600-1000 см2/сут. В зоне
влияния очистных работ потеря высоты выработки увеличивается в 1,25-1,35
раза, а пучение превышает 0,8-1,2 м. Понятно, что в таких условиях применяе-
мая арочная крепь не в состоянии самостоятельно компенсировать в полной
мере большие смещения пород в выработку и обеспечить ее эксплуатационное
состояние для отработки последующей лавы.
64 Выпуск № 73
Таблица 1 – Результаты шахтных наблюдений за смещением пород
и потерей сечения в горных выработках
Параметры выработки Потери
∆S
t
см2/сут
Выработка № наблюдатель-
ной станции, ПК
h, м b, м S, м2 ∆h, м ∆b,
м
∆S,
м2
1-й южный
конвейер-
ный штрек
бл. № 2
1(ПК 130)
2(ПК 144)
3(ПК 154)
4(ПК 175)
2,16
2,65
2,4
2,7
2,15
3,07
2,7
3,1
4,33
5,00
5,1
5,2
4,6
4,9
4,7
4,8
7,5
10,8
9,8
11,3
8,1
13,4
10,9
12,6
0,49
0,3
0,92
0,4
0,67
0,1
0,3
0,1
3,3
1,6
5,3
1,6
1000,0
450,0
246,0
77,0
1-й южный
конвейер-
ный штрек
централь-
ная панель
бл. № 8
5(ПК 109)
6(ПК 121)
7(ПК 122)
8(ПК 150)
9(ПК 166)
10(ПК 172)
11(РК 188)
2,6
3,0
2,6
3,0
2,65
3,2
2,5
2,8
2,6
3,1
2,85
3,3
2,8
4,0
5,0
5,3
5,0
5,15
5,0
5,3
4,9
5,1
5,1
5,52
5,0
5,4
5,35
5,4
10,7
12,7
10,6
12,7
10,8
14,5
10,0
11,3
10,6
13,8
11,8
14,6
12,5
19,7
0,4
0,4
0,55
0,3
0,5
0,45
1,2
0,3
0,15
0,3
0,2
0,42
0,4
0,05
2,0
2,1
3,7
1,3
3,2
2,8
6,8
130,0
101,0
112,2
62,0
97,0
130,0
327,0
2-й южный
конвейер-
ный штрек
бл. № 5
12(ПК 81)
13(ПК 96)
14(ПК 103)
15(ПК 111)
2,18
3,22
2,58
3,45
2,64
3,278
2,44
3.125
5,1
5,3
5,0
5,3
5,2
5,4
5,15
5,4
9,3
13,8
10,5
15,1
9,6
13,8
9,2
13,5
1,04
0,87
0,64
0,68
0,2
0,3
0,2
0,25
4,5
4,6
4,2
4,3
633,0
313,0
286,0
292,0
2-й южный
конвейер-
ный штрек
централь-
ная панель
бл. № 5
16(ПК 4)
17(ПК 15)
18(ПК 34)
19(ПК 46)
3,2
3,5
3,34
4,0
3,2
3,7
3,6
4,1
5,3
5,35
5,5
5,7
5,5
5,6
5,45
5,55
14,2
15,6
15,7
18,8
14,5
17,4
16,8
19,5
0,3
0,7
0,5
0,5
0,05
0,2
0,1
0,1
1,4
3,1
2,9
2,7
78,0
173,0
162,0
151,0
Одновременно с измерениями смещений пород, на базе маркшейдерских
замеров оценивалось вывалообразование в штреках. Установлено, что высота
вывалов варьирует в пределах 1,0-1,5 м, при среднем значении 2,5 м. На базе
"Геотехническая механика" 65
результатов статобработки установлено, что высота обрушения пород, опреде-
ляющая нагрузки на охранную конструкцию с погрешностью 18-22%, может
быть описана линейной зависимостью следующего вида: hв=0,2+0,7в (в – ши-
рина выработки).
Для оценки влияния типа охранной конструкции на величину смещений был
проведен специальный шахтный эксперимент во 2-ом южном конвейерном
штреке блока 8, для чего отдельные его участки были закреплены по разным
схемам, которые даны в табл. 2.
Таблица 2 – Схема крепления 2-го южного конвейерного штрека блок
№ 8 за лавой на момент обследования
Тип крепления Сечение в
свету, м2
Интервал, ПК…ПК
Литая полоса + рама + анкер
(2,9 – 4 шт.- 4,0 м – 9 шт.)
15,5 ПК 68 – ПК 78
Литая полоса + рама + анкер
(2,9 м – 7 шт.)
15,5 ПК 78 – ПК 117
Литая полоса/тюбинги + рама + анкер 15,5 ПК 117 – ПК 133
Рама 15,5 ПК 133 – ПК 149+ 6 м
Литая полоса + рама + анкер
(2,9 м – 7 шт.)
15,5 ПК 149 + 6 м – ПК 178
Состояние конкретного участка определялось суммарным воздействием эф-
фектов, связанных с перемещением лавы и взаимодействием массива с охран-
ной конструкцией.
Проводившиеся в штреке наблюдения позволили установить такие особен-
ности во взаимодействии охранных конструкций с породным массивом:
а) наиболее нагруженной частью охранной конструкции при всех вариантах
ее реализации является верхняя;
б) характерна существенная асимметрия нагрузок на крепь, что проявляется
в асимметрии деформаций при симметричной установке элементов крепи во
всех ее вариантах, причем максимум боковой нагрузки на крепь направлен со
стороны налегающей на литую полосу породной консоли.
Более детальное изучение распределения характера деформации крепи по
мере удаления от лавы позволяет выделить несколько характерных участков:
а) порядка 40 м за лавой, где деформация контура при непрочной еще литой
полосе определяется совместным воздействием крепи сопряжения штрека с ла-
вой и эксплуатационной крепи штрека и не имеет ярко выраженного характера;
б) в интервале 40-200 м за лавой, где преобладающая нагрузка на крепь дей-
ствует со стороны налегающего на литую полосу массива;
в) более 200 м от лавы, где нагрузка на охранную конструкцию становится
симметричной, а максимум приходится на ее верхнюю часть.
Виброакустической диагностикой охранных конструкций выявлены особен-
ности их нагружения. Наибольшая асимметрия нагрузок (2,0-3,0) характерна
для рамных крепей. Отличительной особенностью работы анкерных крепей яв-
66 Выпуск № 73
ляется более равномерная ее нагруженность, при этом наблюдается уменьше-
ние нагрузки на анерка со стороны литой полосы. Поскольку, в отличие от рам-
ной крепи анкерная крепь вступает в работу мгновенно после ее воздействия,
то она является эффективным средством предотвращения породного массива со
стороны литой полосы до затвердевания ее материала.
Эффективность работы литой полосы оценивалась по геомеханике процес-
сов в выработке по интенсивности уровня естественного импульсного электро-
магнитного излучения (ЭМИ), для чего конкретные излучения проводились со
стороны угольного целика и со стороны выработанного пространства с возве-
денной литой полосой.
Выявлено, что на расстоянии порядка 40 м за лавой интенсивность ЭМИ со
стороны литой полосы выше. Она не приобрела еще достаточной жесткости и
не может эффективно приостановить процесс разрушения налегающей на поло-
су породы, сопровождающейся образованием новых поверхностей и, следова-
тельно, высвобождением энергии в различных формах, в том числе и в форме
широкополосного электромагнитного излучения. На протяжении следующих 50
м, судя по уровню ЭМИ с обоих направлений, жесткость полосы соизмерима с
жесткостью угольного целика, обеспечивая примерно одинаковые условия для
налегающих пород. В дальнейшем полоса совместно с тюбингами приобретает
свойства жесткой опоры, а угольный целик по сравнению с ней становится бо-
лее податливым. Регистрируемое электромагнитное излучение исходит как от
самого пласта, микрообъемы которого способы к хрупкому разрушению, так и
от налегающего алевролита кровли, имеющего невысокие показатели прочно-
сти на разрыв, что способствует образованию новых поверхностей при сравни-
тельно невысоких механических напряжениях в породном массиве.
Анализируя совокупно результаты вибродиагностики и контроля уровня
ЭМИ, можно заключить.
Первый участок (0-40 м) характеризуется существенным влиянием лавы на
распределение напряжений в массиве. Литая полоса на данном участке еще не
является достаточно жесткой опорой, способной противостоять давлению нале-
гающей породной консоли. В этот период деформации контура самого штрека
эффективно ограничивается системой закрепленных в нем анкеров, не имею-
щих «холостого хода» и в определенной степени рамной крепью. В ближней
зоне сказывается положительное влияние крепи сопряжения лавы со штреком.
Несмотря на явную асимметрию граничных условий, штрек на этом участке в
основном сохраняет свою форму, а распределение нагрузки на охранную кон-
струкцию носит в значительной степени случайный характер, определяемый
качеством возведения крепи. В то же время в выработанном пространстве идут
интенсивные процессы разрушения кровли, определяющие повышенный уро-
вень электромагнитной эмиссии.
На втором участке (40-200 м) влияние лавы ослабевает, но является еще су-
щественным фактором, определяющим распределение напряжений в породном
массиве. Литая полоса приобретает характеристики, соизмеримые с характери-
стиками угольного пласта. Это способствует выравниванию боковых нагрузок
"Геотехническая механика" 67
на охранную конструкцию. Появляется четко выраженный максимум нагрузки
на верхнюю часть охранной конструкции. В это время зона расслоений над вы-
работанным пространством распространилась в глубину массива, снизив верти-
кальные сжимающее напряжение в ее объеме и, соответственно, создав зону
опорного давления над литой полосой и частично над выработкой за пределами
разрушенной приконтурной области. По данным измерений, выполненных на
этой же шахте, на участке со сходным строением кровли – в дренажном квер-
шлаге горизонта 708, зона интенсивной трещиноватости не превышает 1,3 м.
Сдвиг зоны опорного давления в глубину массива приводит к появлению боко-
вой нагрузки на крепь, которая наиболее четко проявляется на втором участке
по визуально наблюдаемой деформации арок.
На третьем участке (более 200 м) влияние лавы уже практически не сказы-
вается на состоянии штрека. Литая полоса становится более жесткой, чем поро-
ды на контакте сверху и снизу. С одной стороны это обеспечивает значительное
снижение бокового давления на нижнее звено рамной крепи со стороны выра-
ботанного пространства. С другой стороны полоса начинает проявлять себя как
жесткий штамп, вдавливаемый в породы почвы и вызывающий пучение на гра-
нице с ней.
Для обоснования параметров способа получены аналитические выражения
определения предельных величин опускания кровли, радиус зоны неупругих
деформаций, а также расчета высоты вывалов, определяемой нагрузки на ох-
ранные полосы (ошибка вычислений – 12-20%). При этом использованы разра-
ботки ИГТМ НАНУ, но на базе собственных шахтных измерений внесены в
формулы корректирующие коэффициенты Квз, характеризующие взаимодейст-
вие системы «конструкция – массив» и изменяющиеся в пределах 1-8: рамная
крепь – 1; рама с анкерами – 2; их комбинация с литой полосой – 4; их комби-
нация с литой полосой и железобетонными блоками – 8.
Детальное исследование комбинированной конструкции с охранными поло-
сами позволило установить следующее. Важную роль в охранной конструкции
имеет анкерная крепь. Виброакустикой показано, что она повышает монолит-
ность массива и предотвращает его разноглубинную устойчивость, особенно
комбинация металлополимерных (2,4 м) и канатных (4,0 м) анкеров. Улучшает-
ся работа рамной крепи. Относительные показатели нагрузки, представляющие
обратную величину амплитуде колебания крепи, изменяются от 0,060 (асим-
метрия нагрузки) до 0,030 (равномерная нагрузка). Максимум нагрузок на рам-
ную крепь при отсутствии полосы смещен в сторону выработанного простран-
ства. На участках с полосой коэффициент асимметрии нагрузок уменьшается,
если он без полосы 2-3, то с полосой 1,20-1,25.
Таким образом, литая полоса из твердеющих материалов выполняет двойст-
венную роль: с одной стороны работает как опора, предупреждающая расслое-
ние и разрушение пород кровли угольного пласта, чем обеспечивается форми-
рование над штреком защитного перекрытия. С другой стороны, охранная кон-
струкция из полосы, в том числе и включающей железобетонные блоки, выпол-
няет роль «режущей» крепи, провоцирует разрушение – облом кровли пласта со
68 Выпуск № 73
стороны выработанного пространства, чем обеспечивается предупреждение
разрушительного действия горного давления на сопряжение штрек – лава.
В совокупности с анкерной крепью, которая повышает монолитность масси-
ва, литая полоса уменьшает коэффициент асимметрии нагрузок на рамную
крепь с 2-3 до 1,20-1,25.
Проводившиеся одновременно с приборной диагностикой метрические из-
мерения позволили сопоставить величины смещений пород в полость штреков
в зависимости от вида охранной конструкции. На базе обработки маркшейдер-
ских замеров получена вероятностно-статистическая зависимость оценки сме-
щений кровли выработок с учетом влияния очистных работ:
( ) .80001,0
−=
сж
k
H
EL
h
b
U
σ
γ (1)
В выражении (1) приняты следующие обозначения: σсж – прочность пород
на сжатие; γH – показатель условий сложности поддержания выработок; b и h –
ширина и высота выработок; L – расстояние до лавы, изменяющееся в диапазо-
не (+80 м) – (-150 м); 0,87 < Кк ≤ 0,93; Е = 20,0; Квз – введенный нами коэффи-
циент, характеризующий взаимодействие породного массива и охранной кон-
струкции – 1≤ Квз≤ 8; большие значения Квз характерны для жестких систем;
при рамной крепи Квз= 1,0, а при ее комбинации с анкерной крепью равен 2;
комбинация с литой полосой – 4; при комбинации с литой полосой и ЖББ – 8.
Сравнение величин смещений пород в штреках при разных охранных конст-
рукциях показывает, что их уменьшение носит гиперболический характер - с
увеличением иерархии структуры конструкции и в среднем составляет: для рам
– 1,0-1,2 м; рам с анкерами – 0,45-0,60; комбинации с литыми полосами – 0,3-
0,5; комбинации с литой полосой и железобетонными блоками – 0,20-0,35 м.
Резюмируя изложенное можно заключить:
1) традиционно применяемая арочная крепь не в состоянии самостоятельно
компенсировать в полной мере большие смещения пород в выработку и обес-
печить их эксплуатационное состояние даже при увеличении сечения вырабо-
ток на 15-30% и расхода металлопрофиля до 65-1000 кг/пог. м, - так как несвое-
временно включается в работу и не наступает требуемого рабочего сопротив-
ления за нужный промежуток времени;
2) для поддержания выемочных выработок перспективными являются ком-
бинированные системы с использованием литых околоштрековых полос раз-
личной несущей способности, податливости и формы, которые изменяют меха-
низм деформирования пород над штреками (сопряжениями) и обеспечивают их
повторное использование;
3) разработанный нами совместно с другими специалистами технологиче-
ский регламент применения таких комбинированных систем [7] обеспечил эф-
фективную отработку на шахте «Красноармейская-Западная № 1» и повторное
использование выемочных штреков, что обеспечило рост нагрузок на очистные
"Геотехническая механика" 69
забои при значительном экономическом эффекте и повышении безопасности
ведения горных работ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Закономерность разрушения предельно-напряженных горных пород при слабых воздействиях. Диплом
№ 1 / В.Н. Потураев, А.Н. Зорин, В.В. Виноградов, А.Ф. Булат // Научные открытия (научные гипотезы, науч-
ные идеи). – М., С.-П.- 2000. – С. 20.
2. Закономерность омоноличивания рыхлых водонасыщенных пород под воздействием электрического то-
ка. Диплом № 12 / В.И. Бондаренко, Г.Г. Пивняк, А.Н. Зорин // Научные открытия (научные гипотезы, научные
идеи). – М., С.-П.- 2000. – С. 27-88.
3. Закономерность изменения устойчивости обнажений в выработках. Диплом № 131 / В.Г. Агеев, С.В.
Кужель, Е.А. Сдвижкова, С.Б. Тулуб, А.Н. Шашенко // Научные открытия (научные гипотезы, научные идеи). –
М., С.-П. – 2000. – С. 114.
4. Явление образования перемещающихся нарушенных зон в напряженных горных породах. Диплом №
188 / В.Я. Кириченко, Е.Л. Звягильский, А.В. Лишин, Б.М. Усаченко, Ю.М. Халимендик // Научные открытия
(сборник кратких описаний научных открытий, научных идей, научных гипотез). – М., 2000. – С. 62-63.
5. Закономерность самоорганизации грунтовых и породных массивов вокруг протяженных подземных вы-
работок. Диплом № 318 / Л.В. Байсаров, М.А. Ильяшов, В.В. Левит, Т.А. Паламарчук, В.Е. Сергиенко, В.Б.
Усаченко, А.А. Яланский // Потоцкий В.В. Научные открытия, идеи, гипотезы (1992-2007). Информационно-
аналитический обзор. М.: МААНОИ, 2008. – С. 298-299.
6. Физики о физике. Физика твердого тела: новые идеи и методы. Сборник статей. М., Знание. – 1972. - №
4. – 64 с.
7. Байсаров Л.В., Ильяшов М.А. Демченко А.И. Геомеханика и технология поддержания повторно исполь-
зуемых горных выработок. – Днепропетровск: ЧП «Лира ЛТД», 2005. – 240 с.
8. Временный технологический регламент по охране подготовительных выработок угольных шахт литыми
полосами из твердеющих материалов / А.Ф. Булат, М.А. Ильяшов, Б.М. Усаченко, Л.В. Байсаров и др. – Днеп-
ропетровск, РИА «Днепр». –VAL», 2004 . – 33 с.
|