Анализ развития способов охраны и поддержания шахтных стволов и их сопряжений
На основі аналізу розвитку способів охорони та підтримання шахтних стволів зроблено висновок, що нині діючі в нормативних документах засоби потребують коригування вирішенням, в першу чергу, питання стійкості сполучень стволів глибоких горизонтів. On the basis of analysis of development of methods of...
Saved in:
| Published in: | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2012
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99789 |
| 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: | Анализ развития способов охраны и поддержания шахтных стволов и их сопряжений / И.А. Колдунов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2012. — № 10. — С. 327-341. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99789 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Колдунов, И.А. 2016-05-02T19:26:36Z 2016-05-02T19:26:36Z 2012 Анализ развития способов охраны и поддержания шахтных стволов и их сопряжений / И.А. Колдунов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2012. — № 10. — С. 327-341. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99789 622.016.222:622.838 На основі аналізу розвитку способів охорони та підтримання шахтних стволів зроблено висновок, що нині діючі в нормативних документах засоби потребують коригування вирішенням, в першу чергу, питання стійкості сполучень стволів глибоких горизонтів. On the basis of analysis of development of methods of protection and maintenance of shaft, the conclusion is drawn that is methods operating presently in normative documents require demand updating, by solution, first of all, a question of shaft linking stability at deep levels. ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Наукові праці УкрНДМІ НАН України Анализ развития способов охраны и поддержания шахтных стволов и их сопряжений Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Анализ развития способов охраны и поддержания шахтных стволов и их сопряжений |
| spellingShingle |
Анализ развития способов охраны и поддержания шахтных стволов и их сопряжений Колдунов, И.А. |
| title_short |
Анализ развития способов охраны и поддержания шахтных стволов и их сопряжений |
| title_full |
Анализ развития способов охраны и поддержания шахтных стволов и их сопряжений |
| title_fullStr |
Анализ развития способов охраны и поддержания шахтных стволов и их сопряжений |
| title_full_unstemmed |
Анализ развития способов охраны и поддержания шахтных стволов и их сопряжений |
| title_sort |
анализ развития способов охраны и поддержания шахтных стволов и их сопряжений |
| author |
Колдунов, И.А. |
| author_facet |
Колдунов, И.А. |
| publishDate |
2012 |
| language |
Russian |
| container_title |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| publisher |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| format |
Article |
| description |
На основі аналізу розвитку способів охорони та підтримання шахтних стволів зроблено висновок, що нині діючі в нормативних документах засоби потребують коригування вирішенням, в першу чергу, питання стійкості сполучень стволів глибоких горизонтів.
On the basis of analysis of development of methods of protection and maintenance of shaft, the conclusion is drawn that is methods operating presently in normative documents require demand updating, by solution, first of all, a question of shaft linking stability at deep levels.
|
| issn |
1996-885X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99789 |
| citation_txt |
Анализ развития способов охраны и поддержания шахтных стволов и их сопряжений / И.А. Колдунов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2012. — № 10. — С. 327-341. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT koldunovia analizrazvitiâsposobovohranyipodderžaniâšahtnyhstvoloviihsoprâženii |
| first_indexed |
2025-11-26T17:35:04Z |
| last_indexed |
2025-11-26T17:35:04Z |
| _version_ |
1850765771694669824 |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
327
УДК 622.016.222:622.838
АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ СПОСОБОВ ОХРАНЫ И
ПОДДЕРЖАНИЯ ШАХТНЫХ СТВОЛОВ И ИХ
СОПРЯЖЕНИЙ
Колдунов И. А.
(УкрНИМИ НАНУ, г. Донецк, Украина)
На основі аналізу розвитку способів охорони та підтриман-
ня шахтних стволів зроблено висновок, що нині діючі в норма-
тивних документах засоби потребують коригування вирішенням,
в першу чергу, питання стійкості сполучень стволів глибоких го-
ризонтів.
On the basis of analysis of development of methods of protection
and maintenance of shaft, the conclusion is drawn that is methods op-
erating presently in normative documents require demand updating,
by solution, first of all, a question of shaft linking stability at deep lev-
els.
При существующем темпе потребления угля его мировая
добыча должна увеличиться как минимум вдвое. Как следствие
потребуется дальнейшее развитие мировой и отечественной
угольной промышленности со строительством новых и модерни-
зацией действующих угольных предприятий. А так как стволы
являются главными горными выработками, обеспечивающими
постоянную работу шахт в течение многих десятков лет, на пе-
редний план выходит задача сохранения эксплуатационной
устойчивости строящихся и существующих вертикальных ство-
лов.
Задача обеспечения устойчивости вертикальных стволов
приобретает дополнительную актуальность в связи с возможным
последующим использованием их после ликвидации шахты. Во-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
328
первых, для поддержания гидрологического баланса откачивая
подземные воды с помощью погружных насосов, расположенных
в стволах. Во-вторых, для их эффективной ликвидации, заклю-
чающейся не в засыпке ствола, а в последующей его длительной
консервации на основе геомеханического анализа длительной
устойчивости околоствольного массива горных пород [1].
Сопряжения стволов являются узловыми, наиболее значи-
мыми их составляющими, соединяющими подземные выработки
с выходом на поверхность. От состояния сопряжений в первую
очередь зависит бесперебойная и безаварийная работа ствола, а
ремонт этих сложных и объемных объектов ведет к существен-
ным материальным и финансовым затратам. Расходы при ремон-
тах сопряжений всех шахтных выработок обычно составляют бо-
лее половины начальных затрат на их сооружение, при перекреп-
лении сопряжений стволов эти затраты превышают начальные.
Основным способом охраны вертикальных шахтных ство-
лов (в том числе и их сопряжений) от влияния очистных работ,
служит оставление предохранительных целиков по разрабатыва-
емым пластам, размеры которых регламентируются «Правила-
ми…» [2]. Способы построения предохранительных целиков со-
вершенствовались по мере широкого развития эксперименталь-
ных исследований, научных и практических знаний по вопросам
охраны стволов. При этом периодически издавались «Правила
охраны сооружений…», в которых для охраны стволов в основ-
ном изменялись методики и величины углов сдвижения при по-
строении целиков. Основой для разработки нормативных доку-
ментов послужили работы: С. Г. Авершина, А. Г. Акимова,
В. А. Борисовца, Н. С. Булычева, И. Л. Давыдовича, Д. А. Каза-
ковского, А. М. Козела, М. В. Короткова, С. Б. Кулибабы,
Г. А. Крупенникова, А. А. Репко, Н. А. Филатова и др.
Обзор этих работ [3] показал, что развитие уровня науки
продолжительный период обеспечивало решение возникших
практических задач, связанных с охраной и поддержанием шахт-
ных стволов.
Базовой теорией, применяемой и в настоящее время, было
предложение рассматривать формирование краевой части мульды
сдвижения под влиянием зоны опорного давления. Размер зоны
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
329
опорного давления в плоскости отрабатываемого пласта, над и
под пластом были приняты примерно 0,3 Н, где Н − глубина, м.
Однако с увеличением глубины стволов качественно меня-
ются условия их охраны и поддержания. Размеры предохрани-
тельных целиков под шахтные стволы во многих случаях оказы-
ваются не достаточными, чтобы исключить влияние очистных
работ, особенно при многократном оконтуривании целиков.
Для совершенствования способов охраны и поддержания
стволов важную роль играли систематические их обследования,
проводимые с середины прошлого века.
Первую классификацию причин нарушений стволов в Дон-
бассе предложил Г. А. Крупенников [4]. При этом отмечено, что
разрушения крепи и деформации армировки происходят, прежде
всего, под влиянием очистных работ и околоствольных вырабо-
ток (примерно 80 %). Другие влияющие факторы следующие:
коррозия, обмерзание и не качественность крепи.
А. Г. Акимов [5] предложил свою классификацию причин
повреждений крепи вертикальных шахтных стволов, используе-
мую и в настоящее время. В неё вошли: гидрогеологические фак-
торы (гидродинамическое давление, воздействие агрессивных
вод и т. д.); геологические факторы (влияние геологических
нарушений, давление слабых пород); влияние очистных работ
(подработка, опорное давление); влияние околоствольных выра-
боток (концентрация напряжений, деформирование массива
вблизи выработок); случайные факторы (плохое качество и об-
мерзание крепи и т. д.). Отмечено, что степень нарушений ство-
лов возрастает с увеличением их глубины.
После 1975 г. количество глубоких стволов значительно
увеличивается. При этом на многих шахтах околоствольные
предохранительные целики оказывались оконтуренными очист-
ными выработками с трех и четырех сторон. При ведении очист-
ных работ у границ целиков на глубоких горизонтах крепь ство-
лов на ряде шахт начала разрушаться [6]. По данным системати-
ческих обследований проводимых с 1977 г. ВНИМИ и УкрНИМИ
по шахтам ПО Артемуголь, Орджоникидзеуголь, Донецкуголь,
Макеевуголь, Советскуголь, Красноармейскуголь более 50 %
глубоких стволов имели нарушения крепи армировки различной
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
330
степени тяжести. Причем около 80 % нарушений приходились на
участки сопряжений стволов с околоствольными выработками.
Почти такие же результаты были получены при обследовании
стволов Донбасса институтом ВНИИОМШС.
Анализ характерных мест распространения и причин разру-
шений крепи вертикальных стволов шахт Донбасса, а затем и на
других месторождениях, показал, что проявление наиболее ин-
тенсивных повреждений крепи приурочено к зонам влияния
опорного давления. Установлена явная зависимость развития
этих деформаций от степени близости очистных работ.
А. М. Козел [6] рассматривает многочисленные материалы
исследований горного давления, характеристики условий под-
держания вертикальных шахтных стволов с околоствольными
выработками состояние их крепей, виды и причины ее поврежде-
ний в различных сложных условиях. Автор констатирует: «На
напряженность пород, их прочность и состояние у выработки
сильнейшее влияние оказывают горнотехнические и технологи-
ческие факторы. Резко увеличиваются напряжения в зонах опор-
ного давления вблизи очистных выработок, а в зонах разгрузки
уменьшаются. Возникают дополнительные вертикальные и иные
перемещения и деформации пород, непосредственно воздейству-
ющие на крепь и армировку ствола». Он утверждает, что те меры
поддержания стволов и их сопряжений, основывающиеся в ос-
новном на инженерно-геологических и гидрогеологических свой-
ствах окружающих пород, окажутся недостаточными для устой-
чивого состояния крепи, так как может существенно измениться
НДС околоствольного массива в процессе разработки полезного
ископаемого.
На основе исследований разработаны способ построения
околоствольных предохранительных целиков и метод определе-
ния деформаций пород околоствольного массива, в котором
предпринята попытка учета, наряду со сдвижением пород также
опорного давления, которое с глубиной становится определяю-
щим.
Современные «Правила охраны» [2], разработанные в части
касающейся стволов на основе экспериментальных и аналитиче-
ских исследований, проводимых в УкрНИМИ под руководством
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
331
Южанина И. А., Кулибабы С. Б. и Дрибана В. А. [1, 3] имеют су-
щественные отличия от предыдущих документов. В этих работах
было введено понятия угла оконтуривания ствола, под которым
подразумевается угол, полученный между горизонталью и лини-
ей соединяющей ближайшую к стволу границу очистных работ с
устьем ствола. Этот угол был использован для анализа влияния
на ствол очистных работ, проведенных у границ околоствольных
предохранительных целиков, по всем разрабатываемым пластам,
суммарное влияние которых оказывает воздействие на состояния
глубоких вертикальных шахтных стволов. Принимая во внимание
то, что количество сторон оконтуривания предохранительного
околоствольного целика может изменяться от 1 до 4, суммарное
влияние очистных работ на вертикальный ствол выражено пара-
метром X = ∑
=
−
4
1
0 )(
i
ktg δχ , где χk – угол оконтуривания ствола с k-
ой стороны, градус; δ0 – некоторый граничный угол, что обозна-
чает фактическую границу мульды сдвижения, градус. Исследо-
ваниями установлено, что для каменноугольных районов Донбас-
са δ0 = 60°, что увеличивает дальность воздействия очистных вы-
работок на ствол (существующие предохранительные около-
ствольные целики построены по граничным углам порядка 75°).
Также в современных правилах охраны с учетом проведенных
исследований установлены размеры предохранительных около-
ствольных целиков для различных условий Донбасса и впервые
указаны параметры, которые характеризуют влияние на состоя-
ние стволов: старых очистных работ, разрывных тектонических
нарушений и физико-механических характеристик пород около-
ствольного массива.
Развитие современной геомеханики в значительной степени
связано с выполнением во второй половине прошлого столетия
институтами УкрНИМИ, ВНИМИ, ИГД им. Скочинского, ДонУ-
ГИ, ДГУ, ИГТМ, ЛГИ, МГИ и др. большого объема эксперимен-
тальных и теоретических исследований. Процесс изменения
напряженно-деформированного состояния массива горных пород
в районах протяженных горных выработок, вопросы взаимодей-
ствия крепи и породного массива для обеспечения эксплуатаци-
онной устойчивости различных объектов многие годы широко
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
332
изучались и отражены в работах: Амусина Б. З., Виноградо-
ва В. В., Глушко В. Т., Дрибана В. А., Зорина А. Н., Либерма-
на Ю. М., Линькова А. М., Протосени А. Г., Руппенейта К. В.,
Ставрогина А. Н., Тарасова Б. Г., Фисенко Г. Л. и др. [1].
Важную роль в развитии исследований проявления горного
давления в вертикальных стволах и околоствольных выработках
играют комплексные работы института ВНИМИ, проводившиеся
под руководством Крупенникова Г. А. и Козела А. М. В них важ-
ную роль играли натурные исследования. Методика проведения
исследований включала измерения нагрузок на крепь с помощью
разработанной динамометрической крепи, перемещений и де-
формаций пород и крепи, лабораторные и аналитические иссле-
дования. Ряд шахтных исследований выполнено за рубежом. В
частности, были проведены измерения деформаций пород и уси-
лий в крепи стволов с помощью ориентированных датчиков дав-
ления, а также проведено сравнение результатов с рядом теоре-
тических моделей. Основные выводы оказались аналогичными
полученным ранее ВНИМИ.
Практика строительства шахтных стволов, их охраны и под-
держания требовала научного обоснования принимаемых реше-
ний по данным вопросам. Они своевременно решались научными
организациями. Работы по геомеханике в первую очередь
ВНИОМШС, ВНИМИ и УкрНИМИ, в том числе шахтные экспе-
риментальные исследования в вертикальных стволах, создавали
условия для качественно новых подходов к проектированию
стволов и околоствольных выработок. На их основе были разра-
ботаны методы геомеханического прогноза [7], выбора и расчета
крепи. В них реализованы данные об экспериментально получен-
ных и статистически обобщенных нагрузках на крепь в обычных
горно-геологических условиях, новый подход к оценке устойчи-
вости пород в стволе по относительному развитию зон неупруго-
го деформирования и разрушению пород с сохранением суще-
ственной доли их несущей способности. Рассмотрены концепции
деформирования крепи в условиях деформирующегося массива
под влиянием очистных выработок. В результате проведения
комплексных теоретических, экспериментальных и лабораторных
работ по изучению проявления горного давления в вертикальных
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
333
стволах, значительную часть которых составляют непосред-
ственные замеры нагрузок на крепь при различных условиях
поддержания, выделены основные режимы взаимодействия крепи
с массивом.
При всем этом основными используемыми данными явля-
ются [7] расчётная глубина Нр = k Н и расчётное сопротивление
пород массива сжатию R = kс kw Rс, где k – коэффициент концен-
трации напряжений; Н – фактическая глубина, м; kс – коэффици-
ент, учитывающий дополнительную нарушенность массива по-
род (структурного ослабления); kw – коэффициент разупрочнения
пород под влиянием воды; Rс – сопротивление образцов пород
одноосному сжатию, МПа. Вертикальное напряжение в горном
массиве σz, МПа определяется по формуле σz = γ Н, где γ – объ-
ёмный вес пород, МН/м3.
В зоне влияния очистной выработки учитывается коэффи-
циент концентрации напряжений kσ: σz = kσ γ Н.
Еще в середине прошлого столетия для учета влияния со-
пряжения при определении устойчивости стенок ствола был
предложен локальный коэффициент концентрации напряжений β.
Коэффициент принимался равным трем на протяженных участ-
ках ствола и равным шести на сопряжении. Вблизи сопряжения
на протяжении 20 м: β = 6 – 0,15 Zс, где Zс − расстояние от сопря-
жения. Позже по исследованиям ВНИМИ оптическими методами
на объемных моделях А. И. Сурковым и др. получены примерно
такие же результаты. Установлено, что коэффициент напряжений
σy в районе проемов сопряжения ствола с горизонтальной выра-
боткой почти в два раза больше сравнительно с точкой контура
удаленного от сопряжения на расстояние равное примерно трем
диаметрам ствола.
Ценные указания (которые в принципе актуальны и в наше
время) по определению параметров и конструкций крепи верти-
кальных шахтных стволов и их сопряжений были разработаны
в [8]: «Сопряжения ствола с выработками, как правило, следует
располагать в устойчивых породах; необходимо избегать разме-
щения сопряжений в зонах тектонических нарушений. Сопряга-
ющиеся со стволом выработки следует преимущественно ориен-
тировать в крест простирания слоистости или трещиноватости
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
334
пород и принимать сводчатой циркульной формы с вертикаль-
ными стенами. При выборе конструкций крепи сопряжения необ-
ходимо учитывать последовательность проходки ствола. Повы-
шенные нагрузки в рассматриваемых условиях испытывают
участки слабых глинистых пород, склонных к пластическому вы-
давливанию». В этом же документе по степени нагруженности и
особенностям напряженно-деформированного состояния крепи в
районе сопряжения ствола было выделено четыре зоны: I и II –
протяженные 20 м участки ствола выше и ниже узла сопряжения;
III зона – узел между проемами сопряжения; IV зона – часть при-
мыкающих выработок околоствольного двора. Описание по зо-
нам характера смещений крепи имеет следующий вид: «Разруше-
ние крепи сопряжений происходит во всех четырех зонах. Де-
формирование крепи в I и II зонах наблюдается в виде трещин,
заколов и отслоений бетона. Разрушенные участки ориентируют-
ся, в основном, вдоль оси ствола. В III зоне чаще всего происхо-
дит отслоение бетона. Кровля IV зоны сопряжения деформирует-
ся в меньшей степени». При расчетах в районе III зоны сопряже-
ния коэффициент концентрации сжимающих напряжений реко-
мендуется принимать равный двум.
Необходимо отметить, что подобный принцип, основываю-
щийся на выборе параметров крепи, при котором нагрузки на
крепь вычисляются умножением соответствующих значений, по-
лученных для протяженной части ствола, на некоторый коэффи-
циент, больший 1, заложен и в современном нормативно-
методическом документе [7]. Практика показывает, с увеличени-
ем глубины способ для большинства условий не обеспечивает
устойчивость сопряжений. Следовательно, нужны другие подхо-
ды.
В. А. Дрибаном [1] разработан энергетический подход к
определению параметров крепи шахтных стволов. Он заключает-
ся в учёте изменения и диссипации упругой энергии около-
ствольного массива в процессе деформирования зоны неупругих
деформаций при проходке ствола до, и после установки крепи.
Жесткая крепь после набора прочности рассматривается как при-
ёмник энергии в системе крепь – массив. Получено уравнение
для расчёта крепи, в котором увязаны прочностные и деформаци-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
335
онные характеристики пород и крепи, радиус ствола, величина
отставания крепи от забоя. Достоинством разработанного подхо-
да является то, что он основывается на конкретных показателях
(физико-механические свойства пород, горно-геологические и
горнотехнические факторы). При этом влияние на ствол его со-
пряжений опять учитывается за счёт увеличения фактической
глубины ствола на соответствующие коэффициенты концентра-
ции напряжений.
Практика показывает, что устойчивость сопряжений стволов
напрямую зависит от решения практических вопросов по распо-
ложению, охране и поддержанию не только стволов, но и около-
ствольных выработок. Это требует знания закономерностей и
особенностей геомеханического состояния околоствольного мас-
сива пород при проведении и поддержании выработок (включая
ствол), проявлений в них горного давления и взаимодействия их
крепи с окружающими породами. Проходка выработок вызывает
нарушение напряженного состояния массива пород, существо-
вавшего до их проведения. Это выражается в проявлениях горно-
го давления, наблюдаемых в выработках: смещениях окружаю-
щих пород внутрь выработок (в частности на сопряжениях ство-
лов); нарушениях целостности пород (трещины, заколы, вывалы);
нагрузках на крепь, её деформациях.
Необходимо отметить, что все выше сказанное касалось со-
пряжений в основном только как составной части стволов в це-
лом. И это было достаточно для устойчивой эксплуатации ство-
лов до увеличения глубины разработки. В современных условиях
оказывается, что существующие предохранительные целики не
спасают полностью от влияния очистных работ. Глубокий верти-
кальный ствол, как правило, многократно оконтуренный очист-
ными работами (причем по нескольким пластам) находится в
краевых частях мульд сдвижения. При этом узлы сопряжений,
традиционно приуроченные к разрабатываемым пластам, попа-
дают в область наложения зон опорного давления (исследования
показывают, что коэффициент концентрации напряжений в мас-
сиве горных пород при этом может возрасти в несколько раз [1]).
Дополнительным влияющим фактором на состояние сопряжений,
как было уже сказано выше, может служить проведение и пере-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
336
крепление выработок околоствольного двора. Традиционные
способы охраны и поддержания стволов во многих случаях ока-
зываются неэффективными, особенно на участках сопряжений
стволов, на которых в основном и происходят повреждения кре-
пи. Как показали долговременные наблюдения и массовые обсле-
дования состояния более 200 глубоких вертикальных стволов
Донбасса, проведенные УкрНИМИ, более половины из них име-
ют, или имели нарушения крепи или армировки различной степе-
ни тяжести. Причем около 70 - 80 % повреждений приходится на
наиболее чувствительные участки − районы сопряжений стволов
с примыкающими к ним выработками. В таблице 1 приведены
данные по некоторым результатам обследования состояния глу-
боких вертикальных стволов по характерным объединениям
Донбасса.
Таблица 1
Результаты обследования состояния глубоких стволов Донбасса
Объединение
Обследование стволов
Все-
го
Из них
нару-
шено
Процент
случаев
нарушений
В т. ч. нару-
шенных в
районах
сопряжений
Процент случа-
ев нарушений в
районах сопря-
жений
Донецкуголь 56 29 52 15 52
Макеевуголь 11 8 73 8 100
Советскуголь 5 2 40 2 100
Красноармей-
скуголь 16 11 69 9 82
Дзержинскуголь 14 11 79 11 100
Артемуголь 26 18 69 17 94
Итого: 128 79 62 62 78
Таким образом, для обеспечения безремонтной сохранности
современных глубоких стволов, в первую очередь, необходимо
решение вопроса устойчивости их сопряжений, что должно пос-
лужить основой для корректировки и уточнения, действующих
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
337
нормативных документов [2, 7] в части охраны и поддержании
стволов.
Еще одним показательным подтверждением актуальности
вышесказанного служат, применяемые в настоящее время спосо-
бы охраны и поддержания воздухоподающего ствола ВВПС № 2
и вентиляционного ствола ВВС № 3 АП "Шахта им.
А. Ф. Засядько", расположенных на расстоянии 150 м друг от
друга (рис. 1).
- песчаный сланец; - глинистый сланец;
- песчаник; - разрабатываемый пласт угля m3
Рис. 1. Вертикальный разрез в районе околоствольного дво-
ра горизонта 1235 м (Гор. 1235 м) ВВПС № 2 и
ВВС № 3 АП "Шахта им. А. Ф. Засядько"
Стволы «близнецы», пройдены сравнительно недавно (после
2000 г.), способы проходки одинаковы, крепление идентичное (в
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
338
соответствии с [7]) и в целом протяженные части находятся в
удовлетворительном состоянии, охраняются совместным предо-
хранительным целиком согласно [2], сбиты с общим основным
горизонтом 1235 м.
Вместе с тем район сопряжения с горизонтом 1235 м неод-
нократно имел значительные повреждения крепи и армировки и
многократно перекреплялся, а район сопряжения с горизон-
том 1235 м ВВС № 3 с момента проходки находится в удовлетво-
рительном состоянии. Отсюда следует, что применяемые для
обоих стволов в принципе одинаковые способы охраны и под-
держания согласно существующим нормативным докумен-
там [2, 7] оказались достаточными для ВВС № 3 и не достаточ-
ными для сопряжения ВВПС № 2.
Исследованиями было установлено, что при разработке мер
не было учтено влияние ряда горно-геологических, геомеханиче-
ских и горнотехнических факторов, которые играют важную роль
для устойчивости именно сопряжений на таких глубинах. А
именно: рациональный выбор места расположения сопряжения
ствола при проектировании относительно вмещающих пород;
применение мероприятий по управлению НДС околоствольного
массива горных пород в районе сопряжений; рациональный вы-
бор параметров крепи и конструктивных мер защиты сопряже-
ний; регламент проведения и перекрепления околоствольных вы-
работок (в том числе ствола и его рассечек под сопряжения), сво-
дящий к минимуму их взаимовлияние.
Практически, например, можно было бы место расположе-
ния ВВПС № 2 запроектировать таким образом, чтобы вмещаю-
щие породы на его сопряжении, были идентичны породам на со-
пряжение ВВС № 3, расположенного в крепком песчанике (см.
рис. 1). Таки простым образом, была бы обеспечена долговре-
менная безремонтная эксплуатация сопряжения, а соответственно
ствола, т. е. сохранены десятки миллионов гривен, которые уже
потрачены на этом объекте.
Подводя черту анализу развития способов охраны стволов
можно констатировать, что некоторые вопросы устойчивости их
сопряжений на настоящий момент требуют дополнительных ис-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
339
следований в современных условиях глубоких разработок уголь-
ных месторождений. К ним следует отнести следующие вопросы:
− влияние очистных работ на состояние сопряжений;
− комплексное влияние на состояние сопряжений таких
факторов, как: показателя геомеханического состояния пород в
районе сопряжения, степени изрезанности массива горных пород
околоствольными выработками, структуры породного массива,
вида крепи;
− нет достаточной дифференциации оценки состояния со-
пряжений по зонам;
− существующие закономерности деформирования около-
ствольного массива не учитывают современных условий поддер-
жания сопряжений глубоких горизонтов при неустойчивых
окружающих породах;
− недостаточно отражены закономерности взаимовлияния
выработок в районе сопряжения при их проведении и перекреп-
лении.
Т.е. нужен комплекс мер для охраны и поддержания одно-
временно стволов и их сопряжений, включающий: построение
предохранительных целиков с возможной корректировкой их для
сопряжений; мероприятия по управлению напряженно-
деформированным состоянием околоствольного массива горных
пород в районе сопряжений; оптимальный выбор параметров
крепи, расположения при проходке, конструктивных мер защиты
сопряжений.
ВЫВОДЫ
До перехода разработок угля на большие глубины достигну-
тый уровень знаний обеспечивал решение возникших в свое вре-
мя практических задач по охране и поддержанию стволов.
В настоящее время существенно ухудшились условия охра-
ны и поддержания стволов, особенно на сопряжениях глубоких
горизонтов. Во-первых, существующие предохранительные це-
лики под вертикальные стволы полностью не исключают влияние
очистных работ на сопряжения, а увеличение целиков не рацио-
нально и не эффективно. Во-вторых, с переходом пород, вмеща-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
340
ющих сопряжения, в предельное состояние изменился характер
взаимодействия пород с крепью, меняются параметры взаимо-
влияния околоствольных выработок (включая ствол) на глубоких
горизонтах.
Традиционные способы охраны и поддержания стволов во
многих случаях оказываются неэффективными, особенно на
участках сопряжений стволов, на которых в основном и происхо-
дят повреждения крепи.
Вышеуказанные обстоятельства на основе исследований за-
кономерностей деформирования околоствольного массива тре-
буют разработки комплекса мер для охраны и поддержания одно-
временно стволов и отдельно для их сопряжений с учетом изме-
нившихся условий. Это касается: рационального выбора места
расположения ствола и его сопряжения при проектировании; ме-
роприятий по управлению НДС околоствольного массива горных
пород в районах сопряжений; рационального выбора параметров
крепи и конструктивных мер защиты сопряжений; регламента
проведения и перекрепления околоствольных выработок (в том
числе ствола и его рассечек под сопряжения), сводящего к мини-
муму их взаимовлияние.
Указанные особенности по обеспечению устойчивости со-
пряжений стволов на глубоких горизонтах должны дополнить и
уточнить, действующие в настоящее время нормативные доку-
менты [2, 7] в части охраны и поддержании стволов.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Дрибан В. А. Геомеханика управления устойчивостью около-
ствольного массива горных пород глубоких угольных шахт:
дис. на соискание ученой степени д-ра. техн. наук : спец.
05.15.09 "Механика грунтов и горных пород" / В. А. Дрибан.
– Днепропетровск, 2004. – 321 с.
2. Правила підробки будівель, споруд і природних об'єктів при
видобуванні вугілля підземним способом: ГСТУ
101.00159226.001-2003. – [Затв. Мiнпаливенерго України
28.11.2003]. – К., 2004. – 128 с.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
341
3. Кулибаба С. Б. Маркшейдерское обеспечение охраны верти-
кальных стволов угольных шахт Донбасса: дис. на соискание
ученой степени д-ра. техн. наук : 05.15.01 "Маркшейдерия"/
С. Б. Кулибаба. – Донецк, 2004. – 318 с.
4. Крупенников Г. А. О причинах нарушений крепи вертикаль-
ных стволов шахт Донбасса / Г. А.Крупенников, И. Л. Давы-
дович // Уголь. – 1957. − № 3. – С. 18 – 25.
5. Акимов А. Г. Защита вертикальных стволов шахт от влияния
очистных работ / А. Г. Акимов, А. М. Козел. – М. : Недра,
1969. – 179 с.
6. Козел А. М. Геомеханические вопросы проектирования и
поддержания шахтных стволов. Книга 1. Условия поддержа-
ния, состояние, виды и причины деформаций вертикальных
стволов / А. М. Козел. – Санкт-Петербург : Недра, 2001. −
216 с.
7. Расположение, охрана и поддержание горных выработок при
отработке угольных пластов на шахтах. Методические указа-
ния: РД 12.01.01.201 – 98 − [Утв. Минуглепромом Украины
25.06.98]. − Донецк: УкрНИМИ, 1998. − 149 с.
8. Указания по определению параметров и конструкций крепи
вертикальных шахтных стволов и приствольных камер на
больших глубинах в горногеологических условиях Централь-
ного и Стаханово-Первомайского районов Донбасса. − Л. :
Печ. цех ВНИМИ, 1981. – 72 с.
|