Новый подход к методике выбора способов охраны выработок глубоких шахт
У даній роботі розроблений загальний підхід до методики вибору, удосконалення існуючих або розробці нових способів і засобів охорони гірничих виробок. Запропоновано блок-схему алгоритму дій спрямованих на досягнення конкретної мети. The paper describes a general approach to a choice method, improvem...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
|---|---|
| Datum: | 2012 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2012
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99792 |
| 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: | Новый подход к методике выбора способов охраны выработок глубоких шахт / В.Н. Мокриенко, А.Л. Касьяненко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2012. — № 10. — С. 362-386. — Бібліогр.: 32 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859640526857306112 |
|---|---|
| author | Мокриенко, В.Н. Касьяненко, А.Л. |
| author_facet | Мокриенко, В.Н. Касьяненко, А.Л. |
| citation_txt | Новый подход к методике выбора способов охраны выработок глубоких шахт / В.Н. Мокриенко, А.Л. Касьяненко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2012. — № 10. — С. 362-386. — Бібліогр.: 32 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| description | У даній роботі розроблений загальний підхід до методики вибору, удосконалення існуючих або розробці нових способів і засобів охорони гірничих виробок. Запропоновано блок-схему алгоритму дій спрямованих на досягнення конкретної мети.
The paper describes a general approach to a choice method, improvement of existing or developing of the new protection methods and means of mine workings. A block diagram of algorithm of actions directed on specific aim achievements is proposed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:21:02Z |
| format | Article |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
362
УДК 622.272
НОВЫЙ ПОДХОД К МЕТОДИКЕ ВЫБОРА СПОСОБОВ
ОХРАНЫ ВЫРАБОТОК ГЛУБОКИХ ШАХТ
Мокриенко В. Н., Касьяненко А. Л.
(ДонНТУ, г. Донецк, Украина)
У даній роботі розроблений загальний підхід до методики
вибору, удосконалення існуючих або розробці нових способів і за-
собів охорони гірничих виробок. Запропоновано блок-схему алго-
ритму дій спрямованих на досягнення конкретної мети.
The paper describes a general approach to a choice method, im-
provement of existing or developing of the new protection methods
and means of mine workings. A block diagram of algorithm of actions
directed on specific aim achievements is proposed.
Актуальность. В любом направлении науки, в том числе и
в горном деле, основой понимания специалистов является един-
ство терминологии. Терминология – одна из главных составляю-
щих научной речи, воплощающая такое качество научного стиля,
как точность. За последние 20 лет в горном деле, в том числе в
вопросах охраны выработки, сделано большое количество иссле-
дований, направленных на усовершенствование существующих и
разработку новых технических решений, однако оставлен без
внимания вопрос развития и обобщения терминов. Поэтому пер-
вой целью данной работы является анализ и обобщение трактов-
ки терминологических понятий связанных с охраной выработки.
Второй проблемой, возникшей в связи с большим количе-
ством исследований, является сложность выбора необходимых
технических решений по обеспечению устойчивости выработки.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
363
Поэтому второй целью данной работы является разработка
обобщенного алгоритма выбора способов охраны и средств их
реализации с учетом уточненной терминологии.
Основная часть. В 1972 году в «Указания по терминологии
горного давления» ВНИМИ [1] было указано следующее опреде-
ление: охрана выработки – «совокупность технических меропри-
ятий, направленных на повышение устойчивости выработки».
В том же 1972 году в ИГД им. А.А. Скочинского была раз-
работана «Методика выбора способов охраны...» [2], где в каче-
стве основного понятия использовалось «безремонтное содержа-
ние выработки», а мероприятия, обеспечивающие это содержа-
ние, являлись определением термина «охрана выработки».
В монографии под редакцией проф. А.А. Борисова [3], из-
данной также в 1972 году, поддержание горных выработок рас-
сматривалось, как «сохранение размеров их поперечного сечения
и целостности крепи», а способы охраны – как меры для умень-
шения вредного влияния очистных работ при поддержании выра-
боток в зоне опорного давления.
Аналогичная трактовка охраны горных выработок, как ком-
плекса мероприятий для защиты выработок от вредного влияния
очистных работ, встречается во многих монографиях и норма-
тивных документах, изданных в разное время.
Проф. К.В. Кошелев [4] под термином «охрана горной вы-
работки» понимает «дополнительные мероприятия, направлен-
ные на улучшение геомеханического состояния породного мас-
сива, вмещающего выработку или их систему». Эти мероприятия
могут выполняться до, в процессе или после проведения горной
выработки.
В «Инструкции...» [5] для крутых пластов охрана и поддер-
жание выемочных выработок рассматриваются совместно как
«комплекс горнотехнических и технологических мероприятий,
обеспечивающих сохранность выработок в соответствии с требо-
ваниями Правил безопасности, и выполняемых на различных
этапах развития горных работ».
По мнению В.А. Канина [6], охрана горной выработки – си-
стема технических мероприятий для поддержания выработки в
зоне влияния очистных работ.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
364
Согласно терминологии горной энциклопедии [7], охрана
горных выработок – комплекс технических мероприятий, направ-
ленный на сохранность выработок в эксплуатационном состоя-
нии.
Эксплуатационное состояние выработки, согласно трактовке
проф. К.В. Кошелева [4], это рабочее состояние, обеспечивающее
выполнение выработкой своих функций (назначения) при соблю-
дении «Правил безопасности…» [8] в течение срока службы.
В соответствии с терминологией, принятой в Горном Законе
Украины [9], охрана горных выработок – мероприятия, которые
применяются для предотвращения деформаций горных вырабо-
ток.
В нормативном документе [10], даны следующие определе-
ния:
Охрана выработок – технология проведения и мероприятия
по обеспечению устойчивости горных выработок.
Способ охраны – оптимальное расположение горных выра-
боток по фактору горного давления и относительно очистных ра-
бот.
Средство охраны – искусственное сооружение со стороны
очистных работ для снижения смещений пород.
Однако во всех вышеперечисленных источниках [1-9], а
также в следующих источниках [11-19] не уточнено значение
термина «Способ охраны выработки». Терминологические поня-
тия, приведенные в источнике [13], по нашему мнению, содержат
не достаточно точные определения.
Согласно толковому словарю [20], способ – это действие
или система действий, применяемые при исполнении какой-
нибудь работы, при осуществлении чего-нибудь. А средство –
орудие (предмет, совокупность приспособлений) для осуществ-
ления какой-нибудь деятельности.
Таким образом, под способом охраны выработки следует
понимать систему дополнительных действий, которые применя-
ются для предотвращения деформаций горных выработок.
А под средством охраны – совокупность приспособлений
или предметов (таких как БЖБТ, литые полосы анкера и т.д.) ко-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
365
торые используются для осуществления способа охраны горной
выработки.
Уточненная терминология позволяет перейти к реализации
второй цели поставленной в данной работе.
В настоящее время в Украине действуют нормативные до-
кументы [9-14], согласно которым выбираются способы и сред-
ства охраны, однако не существуют общего алгоритма выбора
способа и средств охраны горных выработок. В связи этим авто-
рами предлагается обобщить существующие методики выбора
способов охраны выработок и средств их реализации в виде алго-
ритма, графическое изображение которого представлено на
рис. 1.
Описание предлагаемой методики. По нашему мнению,
выбор способов и средств охраны нужно производить по кон-
кретным горнотехническим и горно-геологическим условиям с
целью выбора наиболее рационального способа. В начале в блоке
«Анализ ГТУ» производится сбор этих данных, а также горно-
статистический анализ, в том числе опыт охраны подобных вы-
работок на предприятии или в отрасли. После того, как были со-
браны необходимые данные, производится выбор способа охра-
ны. Методика алгоритма выбора способов охраны производится в
три этапа: на первом этапе – выбор места расположения выработ-
ки; на втором этапе – выбор/разработка способов охраны; третий
этап - выбор/разработка средства осуществления способа.
Этап 1. На первом этапе выбирается место расположения
относительно пласта и границ выработанного пространства. В
общем случае могут встретиться три варианта.
Вариант I. Способы охраны выработки полевым располо-
жением – это такие способы охраны, при которых выработки
пройдены по пустым породам.
Область применения способов охраны выработки полевым
расположением описана в источнике [21].
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
366
Рис. 1. Блок-схема к выбору способа охраны выработки
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
367
Применяются полевые выработки в основном в условиях,
когда пластовое расположение выработок невозможно, из-за по-
тери эксплуатационного сечения задолго до окончания срока
службы выработки. Ограничивается область применения полевых
выработок в основном экономическими и технологическими фак-
торами. И потому полевое расположение нашло более широкое
распространение при охране подготавливающих выработок по
сравнению с подготовительными.
Достоинствами способов охраны полевым расположением
выработок является его технологическая простота, обеспечение
требуемого срока службы при минимальном количестве ремон-
тов.
Основным недостатком способа охраны полевым располо-
жением выработок является большая потеря угля в охранных це-
ликах при реализации этого способа охраны и более высокая сто-
имость проведения по сравнению с пластовым расположением,
при прочих равных условиях. Поэтому он не может считаться
перспективным, особенно в связи с переходом работ на глубокие
горизонты.
Вариант II. Способ охраны выработок проведением их в
зонах пониженных напряжений – это такой способ охраны, кото-
рый предусматривает проведение выработок в заранее разгру-
женном от напряжений массиве.
Область применения способа охраны выработок проведени-
ем их в зонах пониженных напряжений ограничивается техноло-
гическими факторами в конкретных горно-геологических усло-
виях.
Это способ делят в зависимости от проведения выработок:
по обрушенным и уплотненным породам кровли, вприсечку к
выработанному пространству, в подработанной или надработан-
ной толще.
Достоинством способов охраны выработок проведением их
в зонах пониженных напряжений является использование при-
родных закономерностей позволяющих увеличить срок безре-
монтной эксплуатации выработки, без значительных материаль-
ных затрат.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
368
Основным недостатком способов охраны выработок прове-
дением их в зонах пониженных напряжений является ограничен-
ная факторами технологии ведения работ область применения та-
ких способов охраны.
Вариант III. Способ охраны выработок проведением по
пласту угля – это такой способ охраны, который предусматривает
охрану выработок оставлением целиков.
Область применения способа охраны выработок по пласту
угля ограничивается небольшой глубиной разработки (до 600 м).
Достоинством способов охраны выработок проведением по
пласту угля является простота реализации способа, отсутствие
каких-либо дополнительных мероприятий.
Основным недостатком способов охраны выработок прове-
дением по пласту угля является потеря угля в целиках, а также
малая эффективность с возрастанием глубины.
Эти варианты способов охраны (I-III) следует расположить в
порядке снижения экономической эффективности, от более де-
шевого до более дорогого в данных ГТУ. При этом стоит вести
расчет на весь срок службы выработки, согласно существующим
методикам оценки технико-экономической целесообразности.
После выбора наиболее дешевого варианта расположения
выработки, в блоке «1» (см. рис. 1) производится контроль экс-
плуатационного состояния выработки. В качестве видов кон-
троля, рассматриваются две группы:
- теоретический контроль (к которому относится экономи-
ческое, численное, математическое, лабораторное моделирование
и т.д.);
- натурный контроль (т.е. проверка способа в шахтных усло-
виях).
На наш взгляд, необходимо применять для контроля, как
первую, так и вторую группы.
Если данные о контроле говорят, что эксплуатационное со-
стояние обеспечивается, то переходим к блоку «2» - способ охра-
ны выбран верно - конец алгоритма.
Этап 2. Если же одного расположения выработки недоста-
точно, то переходим к циклу «выбор способов охраны», которые
можно разделить по принципу воздействия на массив вмещаю-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
369
щих пород. Как и в предыдущем случае, необходимо выполнить
технико-экономическое сравнение известных способов № 1…n,
т.е. расположить согласно зависимости:
Э1 <Э2 …<Эn,
где: Э – экономические затраты способа, грн.
n – известные технические решения на данном этапе разви-
тия науки и техники;
После чего выбирается наиболее дешевый вариант. Способы
охраны приведены на рисунке 2.
Этап 3. Далее переходим к циклу «выбор средства осу-
ществления способа», так как каждому способу могут соответ-
ствовать несколько средств. Средства выбираются по аналогии со
способами. После чего осуществляется контроль в блоке «1», ес-
ли получен положительный ответ то переходим к блоку «2» -
способ охраны выбран верно - конец алгоритма. Если отрица-
тельный, то цикл повторяется до тех пор, пока не будут перебра-
ны все известные до настоящего времени средства. В случае за-
вершения цикла с отрицательным результатом осуществляется
выход к блоку «3». Блок «3» это блок проверка возможности раз-
работки нового или усовершенствования существующего сред-
ства на данном этапе развития горной науки, и технико-
экономическая целесообразность таких действий.
Если же получен положительный ответ, то переходим к
циклу «разработка нового средства осуществления способа». Как
правило, каждому средству присуще несколько недостатков. Об-
щими из которых является ограниченная область применения,
несоответствия определенного параметра средства горнотехниче-
ским условиям его применения и др. В этом цикле решается за-
дача нахождения параметров средства, при которых обеспечится
необходимый технический результат. После каждой вариации
производится проверка в блоке «1» если ответ положительный,
то задача считается решенной и происходит выход из алгоритма.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
370
Рис. 2. Блок-схема деления способов охраны, различного
действия на массив
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
371
Если же ответ отрицательный, то переходим к блоку «3».
Здесь происходит проверка возможности последующей вариации
параметром средства, и технико-экономическая целесообразность
таких действий. В случае положительного ответа цикл повторя-
ется, в случае отрицательного возвращаемся к циклу «выбор спо-
соба охраны» и выбираем следующий способ охраны. Так может
происходить до тех пор, пока все существующие до этого мо-
мента способы будут перебраны. После чего, в случае отрица-
тельного ответа в блоке «1», осуществляется выход из блока
вправо к блоку «3». Здесь производится проверка возможности
разработки нового или усовершенствования существующего спо-
соба охраны выработки на данном этапе развития горной науки, и
технико-экономическая целесообразность таких действий. В слу-
чае положительного ответа переходим к циклу «разработка ново-
го способа охраны».
В этом цикле решается задача нахождения принципов воз-
действия на массив, при которых обеспечится необходимый тех-
нический результат. Задача решается путем комбинаторики из-
вестных способов, разработки нового вида воздействия на массив
и т.д.
После каждой вариации производится проверка в блоке «1»
если ответ положительный, то задача считается решенной и про-
исходит выход из алгоритма. Если же ответ отрицательный, то
переходим к блоку «3». Здесь происходит проверка возможности
последующей вариации принципом способа охраны, и технико-
экономическая целесообразность таких действий. В случае поло-
жительного ответа цикл повторяется, в случае отрицательного
возвращаемся к циклу «выбор месторасположения» и принимаем
следующий вариант расположения выработки. После чего дей-
ствия повторяются по тому же алгоритму.
Таким образом, разработанный алгоритм выбора способов
охраны выработки и средств их реализации, в виде блок-схемы,
позволяет выбрать способ охраны выработки на любом этапе ее
существования: проектирования – при этом начинается работа с
цикла «выбор местоположения», проведения – тогда начинается
работа с блок-схемой с цикла «выбор способа охраны» и на этапе
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
372
эксплуатации – тогда начинается работа с блок-схемой с цикла
«выбор средства охраны».
Данная блок-схема позволяет определить последователь-
ность поиска новых технических решений.
Так, например, на этапе эксплуатации выработки в случае,
когда ее рабочее состояние не обеспечено, решение проблемы
начинается с цикла «разработка средства охраны» в котором из-
меняются параметры (вид анкера был стальной, с клиновой фик-
сацией на дне шпура, заменили на винтовой, с фиксацией по всей
длине шпура и т.д.). По нашему мнению, подобные действия от-
носятся к первому уровню сложности.
Если же данные мероприятия не обеспечивают необходимо-
го технического результата, то дальше осуществляется переход к
циклу «разработка способа охраны» в котором изменяются прин-
ципы воздействия на массив (воздействие на массив было сшив-
кой, применили схему анкерования, при которой порода и анкера
образовали армопородную конструкцию и т.д.).
По нашему мнению, подобные действия относятся ко вто-
рому уровню сложности.
Если же и подобные действия не дали результата, то необ-
ходимо менять местоположение выработки относительно пласта
и границ выработанного пространства.
По нашему мнению, подобные действия относятся к третье-
му уровню сложности.
При этом перед каждым последующим действием происхо-
дит проверка в блоке «3», которая позволяет пропустить некото-
рые уровни, в зависимости от условий решаемой задачи.
Пример. Проверка методики выбора способов и средств
охраны выработки, согласно разработанному алгоритму, осу-
ществлялась при обосновании рационального технического ре-
шения обеспечения устойчивости штреков шахты «Щегловская–
Глубокая» проводимых вслед за лавой по пласту m3.
В блоке «Анализ ГТУ» были собраны следующие данные:
мощность пласта в пределах участка изменялась от 1,46 до
1,56 м, угол падения колебался от 8 до 17°, прочность угля на од-
ноосное сжатие составляла 15 МПа, объёмный вес - 1,32 т/м3. Над
пластом располагалась ложная кровля, представленная глини-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
373
стым сланцем с нарушенной текстурой или переслоенным про-
жилками угля, мощностью от 0,1 до 0,5 м.
Непосредственная кровля была представлена глинистым
сланцем мощностью от 3,5 до 4,0 м. По устойчивости породы от-
носятся к категории Б3, в зонах опорного давления – Б2.
Основная кровля была представлена верхней частью слоя
глинистого сланца, песчаным сланцем и песчаником общей мощ-
ностью от 26,0 м до 42,0 м. Глинистый сланец с прочностью на
одноосное сжатие 40 МПа в верхней части слоя переходил в мел-
козернистый песчаник мощностью 3,7 м с прочностью на одно-
осное сжатие от 75 до 95 МПа. Породы основной кровли по об-
рушаемости относятся к категории А2.
Непосредственная почва была представлена песчаным слан-
цем мощностью 0,80 м, с прочностью на одноосное сжатие от 20
до 30 МПа. Основная почва – песчаный сланец, с прочностью на
одноосное сжатие от 61 до 75 МПа.
Почва относится к категории П2-П3. Выработки проводи-
лись в режиме сотрясательного взрывания с подрывкой прод
почвы и кровли, вслед за лавой, крепились металлоарочной кре-
пью АП-5/15,5 из СВП-33 с Lп. = 1,4 м, Sсв. = 20,9 м2 Sпр. =
28,6 м2. Затяжка кровли - железобетонная, боков - металлическая
сетка. Плотность крепи - 3 рамы на 1 п.м.
Далее проанализируем действия инженерно-технических
работников шахты. Из условий технологических ограничений и
финансовых возможностей шахты выработки проводились по
пласту, однако одного расположения выработки было недоста-
точно для сохранения ее эксплуатационного состояния. Инже-
нерно-техническими работниками шахты, на первом этапе суще-
ствования подобных выработок, принимается решение возводить
бутовую полосу для их охраны. Что соответствует циклу «Выбор
способа охраны» и циклу «выбор средства охраны». После чего
происходила оценка эффективности путем натурных наблюде-
ний, которая показала, что способ охраны выработки бутовой по-
лосой не обеспечивает эксплуатационного состояния выработки.
Следующее решение заключалось в разработке нового сред-
ства, которое обладало бы меньшей податливостью, за счет чего
планировалось снизить смещения кровли.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
374
Следуя блок-схеме, они вышли из цикла «выбор средства
осуществления способа», но ими была не выполнена оценка це-
лесообразности разработки нового средства в блоке «3», из-за
этого ими было принято решение разрабатывать «средство» а не
«способ». С увеличением глубины разработки на данной шахте
устойчивость боковых пород снижается, и по нашему мнению,
необходимо было перейти сразу к разработке способа, который
бы изменил воздействие на массив.
Средство представляло собой полублоки из рядовой поро-
ды. При этом ширина полосы из полублоков устанавливалась
экспериментально в шахтных условиях. И охрана выработок на
протяжении нескольких лет осуществлялась «жесткой» полосой
из полублоков.
После начала сотрудничества шахты и ДонНТУ по вопросу
повышения устойчивости выработки была проведена серия
шахтных исследований [22, 23], по результатам которых стало
ясно, что эксплуатационное состояние выработки не обеспечива-
ется. Что соответствует блоку «1» в цикле «разработка нового
средства».
Затем осуществляем переход к циклу «разработка способа
охраны выработки», где было установлено, что жесткие охран-
ные сооружения играют роль «штампа» при традиционной схеме
расположения, выдавливая подстилающие их породы в полость
выработки. При этом механизм, наиболее точно объясняющий
это явление, изложен в трудах Лыткина В.А [24], который был
принят в качестве рабочей гипотезы и положен в основу ряда ис-
следований процессов происходящих в почве горной выработки
[25], а так же непосредственно под охранным сооружением
[26, 27]. В результате исследований были получены закономер-
ности, которые позволили разработать новый способ охраны вы-
работки [28]. Основная идея, которого, состоит в использовании
уплотненного ядра, которое формируется под охранным соору-
жением в процессе его внедрения в почву, как средства управле-
ния вытеснением пород в нужном направлении.
После чего были проведены приемочные испытания спосо-
ба, что соответствует блоку «1» в цикле «разработка нового спо-
соба охраны».
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
375
Приемочные испытания способа охраны выработки жестки-
ми сооружениями с компенсационными полостями проводились
при охране 5 западного конвейерного штрека (рис. 3) пласта m3
шахты «Щегловская-Глубокая», условия проведения эксперимен-
та аналогичны условиям, изложенным выше.
Рис. 3. Выкопировка из плана горных выработок пласта m3
шахты «Щегловская-Глубокая»
Охрана выработки при шахтной технологии осуществлялась
жесткой сплошной полосой из полублоков. Паспорт сопряжения
приведен на рисунке 4.
На экспериментальном участке технология отличалась толь-
ко схемой расположения полублоков (рис. 5) При этом их коли-
чество осталось неизменным для охраны одного погонного метра
выработки. Верхняя часть полосы шириной 0,5 м выкладывалась
всплошную по всей длине, а нижняя часть выкладывалась шири-
ной 1,0 м с оставлением полостей, т.е. по длине 1,5 м – пустота,
следующие 1,5 м – выкладывается полоса на глине. Паспорт
крепления сопряжений был разработан на основе исследований
[25-27, 22-23]. Замеры производились по способу [29], методика
реализации которого изложена [30] на контрольном (рис. 6а) и
экспериментальным (рис. 6б) участках, с периодичностью 1 раз в
два дня, что соответствует методическим указаниям по исследо-
ванию проявления горного давления в угольных и сланцевых
шахтах [31].
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
376
Рис. 4. Технология охраны конвейерного штрека на кон-
трольном участке (общий вид)
Рис. 5. Технология охраны конвейерного штрека на экспе-
риментальном участке (общий вид)
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
377
В результате чего были получены следующие зависимости
(рис. 7). Проанализируем их.
На расстоянии от 0 до 50 м за проходом лавы на контроль-
ном участке наблюдалось пучение почвы на 0,68 м на экспери-
ментальном участке пучение было меньше на 39 % и составило
0,41 м. Смещения кровли на контрольном участке составили
0,38 м на экспериментальном - 0,37 м. Разность высот выработки
составила 10 %. Скорости смещения составили: кровли - 7,6 мм/м
(13,57 мм/сутки при среднем подвигании лавы на 1,8 м/сутки) и
7,4 мм/м (13,21 мм/сутки), почвы – 13,6 мм/м ( 24,28 мм/сутки) и
8,2 мм/м ( 14,64 мм/сутки) на контрольном и экспериментальном
участках соответственно.
На расстоянии от 50 до 100 м за проходом лавы периодич-
ность замеров составляла 1 замер в 2-3 суток.
Рис. 6. Схема расположения замерных станций на контроль-
ном (а) и экспериментальном (б) участках
а)
б)
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
378
На контрольном участке наблюдалось пучение почвы на
0,98 м, на экспериментальном участке пучение было меньше на
44 % и составило 0,57 м. Смещения кровли на контрольном
участке составили 0,51 м, на экспериментальном – 0,54. Разность
высот выработки составила 7 %. Скорости смещения составили:
кровли - 2,6 мм/м (4,6 мм/сутки при среднем подвигании лавы на
1,8 м/сутки) и 3,4 мм/м (6,07 мм/сутки), почвы – 6 мм/м
(10,71 мм/сутки) и 3,2 мм/м (5,71 мм/сутки) на контрольном и
экспериментальном участках соответственно.
На расстоянии от 100 до 150 м за проходом лавы на кон-
трольном участке наблюдалось пучение почвы на 1,05 м, на экс-
периментальном участке пучение было меньше на 38 % и соста-
вило 0,65 м. Смещения кровли на контрольном участке составили
0,79 м на экспериментальном – 0,84. Разность высот выработки
составила 8 %. Скорости смещения составили: кровли - 5,6 мм/м
(1 мм/сутки при среднем подвигании лавы на 1,8 м/сутки) и
6 мм/м (1,07 мм/сутки), почвы – 1,4 мм/м (2,5 мм/сутки) и
1,6 мм/м (2,8 мм/сутки) на контрольном и экспериментальном
участках соответственно.
На контрольном и экспериментальном участках можно вы-
делить две зоны, которые отличаются по скоростям смещений
контура выработки. Первая зона – зона активного проявления
горного давления, заканчивается за лавой на расстоянии 30-60 м.
Скорости смещения кровли в этой зоне, практически одинаковы
и составляют 13-14 мм/сутки, а скорость смещения почвы на кон-
трольном участке в 1,65 раза выше, чем на экспериментальном,
что говорит о том, что породы подстилающие выработку при
шахтной технологии испытывают большие деформации, и, сле-
довательно, разрушаются за меньшее количество времени, чем на
экспериментальном участке. Вторая зона – зона затухающих де-
формационных процессов, характеризуется постепенным сниже-
нием скоростей смещений кровли в 9-10 раз, по сравнению с пер-
вой зоной, после чего они стабилизируются и происходят со ско-
ростью 1-2 мм/сутки.
Скорости смещения почвы во второй зоне 5-6 раз меньше по
сравнению с первой зоной, после чего они стабилизируются и
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
379
происходят со скоростью 2-3 мм/сутки. Общая конвергенция со-
ставляет 3-5 мм/сутки.
Рис. 7. Графики смещения пород кровли (1,2) и почвы (3,4)
на контрольном (1,3) и экспериментальном (2,4)
участках, где ΔUп – разность смещений на кон-
трольном и экспериментальном участках, %
В процессе испытаний были выявлены недостатки техноло-
гии. Первый недостаток заключается в том, что были отмечены
разрушение стоек (рис. 8,б) и верхняков в кровле в компенсаци-
онных полостях и напротив их по запасному выходу (рис. 8,а).
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
380
Второй заключается в том, что происходило частичное «распол-
зание» жесткой полосы, и частичное ее разрушение (рис. 9).
Для выяснения причин возникновения вышеперечисленных
недостатков был проведен следующий этап исследования.
а) б)
Рис. 8. Деформации стоек
Рис. 9. Частичное разрушение полублоков в жесткой полосе
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
381
На сопряжении лавы с конвейерным штреком в косовичнике
по линии эквидистантной продольной оси штрека по ряду стоек,
оконтуривающих охранную полосу на участке от забоя лавы до
места погашения запасного выхода, были установлены ком-
плексные измерительные станции, передвигаемые по мере подви-
гания забоя лавы, оборудованные динамометрами 45Д-135.
Рис. 10. Измерение нагрузки действующей на охранное со-
оружение
Динамометры устанавливались под деревянные и гидро-
стойки (рис. 10), что позволяло фиксировать динамику роста дав-
ления на стойки и охранное сооружение во времени и в зависи-
мости от производственных процессов в лаве.
Исследования показали, что средний прирост давления на
стойку за сутки составляет 7,2 т. Интенсивный прирост давления
на стойки наблюдается в течение 1 часа после выемки угля и пе-
редвижки секций механизированной крепи. Влияние производ-
ственных процессов на рост величины давления на стойки
наблюдается на участке от забоя лавы до места возведения
охранной полосы и имеет затухающий характер. Среднее давле-
ние по ряду стоек оконтуривающих охранную полосу на расстоя-
нии 6 м от забоя составляет 4,6-4,8 МПа, на расстоянии 10 м от
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
382
забоя – 8-8,4 Па. Давление на охранную полосу через 12 часов
после ее возведения 0,5-0,53 МПа, через 3 суток – 4,8-5,2 МПа.
На следующем этапе была отобрана серия из 15 полублоков,
для анализа прочностных свойств. Согласно методике [32] были
изготовлены и испытаны образцы на одноосное сжатие и растя-
жение. После чего был построен паспорт прочности материала
полублоков (рис. 11).
5
10
15
-10 0 10 20,МПа
32,63°
σсжσр
φ=τ,МПа
Рис. 11. Паспорт прочности материала, из которого изготов-
лен полублок
Сопоставление результатов измерения нагрузки, действую-
щей на охранное сооружение, и результатов испытания образцов
позволяет сделать следующие выводы: давление на охранное со-
оружение на расстоянии 10 м. от забоя составляет 80 % от мак-
симально возможной несущей способности, следовательно, в ме-
стах концентрации напряжений в охранной полосе, а так же в ме-
стах ослабления материала будет превышен этот придел, что
приводит к разрушению полублоков.
Промышленные испытания разработанного способа охраны
показали его эффективность с точки зрения устойчивости почвы,
однако состояние кровли было незначительно хуже, что объясня-
ется наличием полостей и частичным разрушением полублоков,
используемых для возведения охранных сооружений. Разрушение
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
383
полублоков объясняется низкими прочностными характеристи-
ками материала.
Для получения большего снижения смещения пород почвы,
а также снижения величины смещения кровли, необходимо при-
менять полублоки с более высоким пределом прочности матери-
ала на одноосное сжатие.
Выводы. В данной работе было уточнено понятие способ
охраны выработки и средство его реализации.
Новизна разработанного алгоритма выбора способов охраны
выработки и средств их реализации состоит в систематизации
существующих методик. Представление алгоритма в виде блок-
схемы позволяет более рационально пользоваться ими. Приведен
пример работы алгоритма для условий шахты «Щегловская-
глубокая».
Направление дальнейших исследований заключается в раз-
работке соответствующих предложенному алгоритму видов кон-
троля эксплуатационного состояния выработки, а также адекват-
ной технико-экономической модели для оценки предлагаемых
технических решений.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Указания по терминологии горного давления [Текст] – Л. :
ВНИМИ, 1972. – 38 с.
2. Методика выбора способов охраны подготовительных выра-
боток от горного давления в условиях глубоких шахт. [Текст]
– М. : ИГД им. А.А. Скочинского, 1972. – 28 с.
3. Технология подземной разработки пластовых месторождений
[Текст] / под ред. А.А. Борисова. – М. : Недра, 1972. – 536 с.
4. Кошелев К. В. Охрана и ремонт горных выработок [Текст] /
К. В. Кошелев, Ю. А. Петренко, А. О. Новиков. – М. : Недра,
1990. – 218 с.
5. Инструкция по управлению горным давлением в очистных и
подготовительных выработках при разработке угольных пла-
стов с углами падения свыше 35° [Текст] – Донецк : Облполи-
графиздат, 1988. – 287 с.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
384
6. Канин В. А. Поддержание и охрана горных выработок. Тер-
мины и определения [Текст] / Проблеми гірського тиску. Ви-
пуск 11 / під заг. ред. О.А. Мінаєва. – Донецьк, ДонНТУ, 2004
– С. 67 – 72.
7. Горная энциклопедия [Текст] / г.л. ред. Е.А. Козловский ; ред.
колл.: М.И. Агошков, Н.К. Байбаков, А.С. Болдырев и др. –
М.: Сов. энциклопедия. Ортин – Социосфера, 1989. – Т. 4. –
629 с.
8. Правила безпеки у вугільних шахтах [Текст]: НПАОП 10.0-
1.01-10: затв. Держкомітетом України з промислової безпеки,
охорони праці та гірничого нагляду 22.03.2010. – Київ, 2010. –
432 с.
9. Гірничий закон України / Відомості Верховної Ради. – 1999. –
№ 50. – С. 453 – 468.
10. СОУ 10.1.00185790.011:2007. Підготовчі виробки на пологих
пластах. Вибір кріплення, способів і засобів охорони [Текст] /
Мінпаливенерго України. – Київ, 2007. – 113 с.
11. СНиП II-94-80. Подземные горные выработки [Текст] / Госст-
рой СССР. – М. : Стройиздат, 1982. – 31 с.
12. КД 12.06.204-99. Геологічні роботи на вуглевидобувних підп-
риємствах України [Текст] / Мінпаливенерго України. –
[Чинний від 2007-01-01]. – Донецьк: ТОВ «АЛАН», 2001. –
384 с.
13. СОУ 10.1-00185790-002-2005. Правила технічної експлуатації
вугільних шахт [Текст]. – [Чинний від 2007-01-01]. – Київ:
Мінвуглепром України, 2006. – 353 с. – (Стандарт Мінвугле-
прому України).
14. КД 12.01.01.201-98. Расположение, охрана и поддержание
горных выработок при отработке угольных пластов на шах-
тах. Методические указания. – К.: УкрНИМИ, 1998. – 149 с.
15. Терминология горного дела Часть 2. Бюллетень Комитета
технической терминологии [Текст] / под ред. акад. С.А. Ча-
плыгина, Д.К. Лоте. Вып. – М. : Изд-во АН СССР, 1941. –
24 с.
16. Терминология горного дела. Горные работы и горные выра-
ботки. Бюллетень Комитета технической терминологии
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
385
[Текст] / под ред. акад. А.М. Терпигорева. – М.: Изд-во АН
СССР, 1954. – 28 с.
17. Научно-техническая терминология. Сборник стандартизован-
ных и рекомендуемых терминов в 10 томах [Текст] / под ред.
Л.Ю. Белахова, И.Н. Попова–Черкасова. – М. : Изд-во стан-
дартов, 1969. – Т. З. – 448 с.
18. Плотников, А. М. О советской горной терминологии [Текст] //
Уголь Украины. – 1951. – № 9. – С. 33 – 34.
19. Горное дело. Энциклопедический справочник [Текст] / под
общей ред. А.М. Терпигорева. Том 5. Разработка угольных
месторождений подземным способом. – М. : Углетехиздат,
1958. – 448 с.
20. Ожегов, С. И. Толковый словарь русского языка [Текст]. /
С. И. Ожегов, Н. Ю. Шведова. – М. : ИТИ Технологии, 2006.
– 944 с.
21. Указания по рациональному расположению, охране и под-
держанию горных выработок на угольных шахтах СССР
[Текст]. – Изд. 4-е, дополненное. – Л.: ВНИМИ, 1986. – 122 с.
22. Сахно, И.Г О дифференциации вертикальной конвергенции в
подготовительной выработке, проведенной вслед за лавой
[Текст] / И.Г. Сахно, В.Н. Мокриенко, В.Е. Нефедов // Мате-
риалы международного форума конкурса молодых ученых
«Проблемы недропользования» / Санкт–Петербург – 2011. –
20–22 апреля – Т. 1. – С. 154 – 156.
23. Касьян Н.Н. Исследование проявлений горного давления в
условиях выемочных выработок пласта m3 шахты «Щеглов-
ская-Глубокая» [Текст] / С.Г. Негрей, В.Н. Мокриенко // Про-
блеми гірничої технології: матеріали регіональної науково–
практичної конференції КІІ ДонНТУ / Донецьк: Цифрова ти-
пографія – 2010. – С. 34 – 38
24. Лыткин, В.А. Механизм пучения пород в горных выработках
[Текст] / В.А Лыткин – М. – 1965 – 131 с.
25. Мокриенко В.Н. Параметрирование нового способа охраны
выемочной выработки с использованием метода эквивалент-
ных материалов [Текст] / В.Н. Мокриенко // Сборник научных
работ/ НГУ – 2010 – № 34 Т.1. – С. 166 – 173.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 10, 2012
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 10, 2012
386
26. Мокриенко В.Н. Особенности смещений пород, подстилаю-
щих охранное сооружение, при охране выработки жесткими
сооружения с компенсационными полостями [Текст] /
В.Н. Мокриенко // Сб. научн. трудов. «Совершенствование
технологии строительства шахт и подземных сооружений» /
Донецк: «Норд-Пресс» – 2010. – № 17. – С. 126 – 127.
27. Мокриенко В.Н. Изучение влияние схемы расположения
охранных сооружений вдоль подготовительной выработки, на
ее устойчивость [Текст] / В.Н. Мокриенко // Сборник матери-
алов международной научно–практической конференции
«Опыт прошлого, взгляд в будущее» / ТулГУ – 2011. – С. 113
– 117.
28. Способ охраны горных выработок [Текст] : Пат. 94327 Укра-
ина, МПК9 Е 21 D 11/00, E 21 С 41/18 / Касьян Н.Н., Хази-
пов И.В., Негрей С.Г., Мокриенко В.М.; заявитель и патенто-
обладатель Донецкий Национальный Технический Универси-
тет. – № а200911242; заявл. 05.11.2009; опубл. 26.04.2011,
Бюл. № 8, 2011 г.
29. Способ контроля состояния горной выработки [Текст] : Пат.
62401 Украина, МПК9 Е 21 С 39/00 /Касьян Н.Н., Сахно И.Г.,
Мокриенко В.М.; заявитель и патентообладатель Донецкий
Национальный Технический Университет. – № u 201101706;
заявл. 14.02.2011; опубл. 25.08.2011, Бюл. № 16, 2011 г.
30. Касьян, Н.Н. Обоснование параметров способа контроля со-
стояния горной выработки и методика его реализации [Текст]
/ Н.Н. Касьян, И.Г. Сахно, В.Н. Мокриенко // Научные труды
УкрНИМИ НАН Украины / Донецк –2011. – Вып. 9 часть 1 –
С. 57 – 79.
31. Методические указания по исследованию проявлений горного
давления в угольных и сланцевых шахтах. – Л.: М–во уголь-
ной промышленности СССР. ВНИМИ, 1973. – 85 с.
32. ГОСТ 21153.2-84. Породы горные. Методы определения пре-
дела прочности при одноосном сжатии [Текст]. – Введ. 1986-
01-07– М. : Изд-во стандартов.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99792 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-885X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:21:02Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Мокриенко, В.Н. Касьяненко, А.Л. 2016-05-02T19:30:59Z 2016-05-02T19:30:59Z 2012 Новый подход к методике выбора способов охраны выработок глубоких шахт / В.Н. Мокриенко, А.Л. Касьяненко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2012. — № 10. — С. 362-386. — Бібліогр.: 32 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99792 622.272 У даній роботі розроблений загальний підхід до методики вибору, удосконалення існуючих або розробці нових способів і засобів охорони гірничих виробок. Запропоновано блок-схему алгоритму дій спрямованих на досягнення конкретної мети. The paper describes a general approach to a choice method, improvement of existing or developing of the new protection methods and means of mine workings. A block diagram of algorithm of actions directed on specific aim achievements is proposed. ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Наукові праці УкрНДМІ НАН України Новый подход к методике выбора способов охраны выработок глубоких шахт Article published earlier |
| spellingShingle | Новый подход к методике выбора способов охраны выработок глубоких шахт Мокриенко, В.Н. Касьяненко, А.Л. |
| title | Новый подход к методике выбора способов охраны выработок глубоких шахт |
| title_full | Новый подход к методике выбора способов охраны выработок глубоких шахт |
| title_fullStr | Новый подход к методике выбора способов охраны выработок глубоких шахт |
| title_full_unstemmed | Новый подход к методике выбора способов охраны выработок глубоких шахт |
| title_short | Новый подход к методике выбора способов охраны выработок глубоких шахт |
| title_sort | новый подход к методике выбора способов охраны выработок глубоких шахт |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99792 |
| work_keys_str_mv | AT mokrienkovn novyipodhodkmetodikevyborasposobovohranyvyrabotokglubokihšaht AT kasʹânenkoal novyipodhodkmetodikevyborasposobovohranyvyrabotokglubokihšaht |