Актуальные проблемы. Оптимальная ориентировка горных выработок относительно систем трещин и кливажа

1.Актуальные  проблемы  

В настоящее время в  угольной промышленности возникла   необходимость решения задачи безремонтного поддержания выработок в течение всего срока эксплуатации приобретает первостепенное значение из-за резко увеличивающихся затрат на поддержание выработок. Это объясняется тем, что неудовлетворительное состояние выработок нарушает работу транспорта,  людей,   снижает безопасность работ и эффективность ведения горных работ. Одной из причин отставания темпов воспроизводства готовых к выемке запасов является повышение горного давления в опасных зонах при проведении подготовительных выработок и возникающих в них запредельных деформаций и, как следствие, обрушений и вывалов  горных   пород   в   выработки .

1.1 Анализ производственного  опыта.

Мы  рассмотрим  несколько  способов  удержание  массива.                                                                                              

Устойчивое состояние выработок обеспечивается посредством  реализации рациональных пространственно-планировочных решений и техногенного воздействия на углепородный массив. Основными способами обеспечения безремонтного состояния горных выработок являются [ 19,20,23,27,31,36,37,43,86, 88, 89,100,135,136,152, 165,179,187,194,219,228,229]:

-  расположение выработок в массиве прочных пород;

-  оптимальная ориентировка горных выработок относительно систем трещин и кливажа;

-  уменьшение напряжений и деформаций в углепородном массиве посредством реализации таких способов, как оставление охранных целиков, размещение выработок в зонах разгрузки, рациональное расположение выработок   относительно зон повышенного горного давления;

- рациональная форма и размеры выработок;

- применение крепей для поддержания выработок (ограждающих, поддерживающих, изолирующих и упрочняющих), сооружаемых в одну или несколько стадий;

- применение специальных технологий проведения (замораживание, водопонижение) и крепления;

-  использование    технологий   упрочнения   (инъекционного, анкерного).

На основе анализа установлено, что перспективными являются три последних способа повышения устойчивости используемых по отдельности или в сочетании друг с другом, то есть: применение крепей для поддержания выработок; специальных технологий проведения и крепления выработок; технологий упрочнения горных пород.

1.2 Анализ производственного опыта повышения устойчивости

 массива горных пород в окрестности горных выработок

В настоящее время в горной промышленности применяются различные способы повышения устойчивости, такие как [19,20,23,    25,27, 30,31,37, 43,72,89, 104, 108,113, 152,158,159,166,168,174,179,187, 209,211,229,233,236]:

- проведение выработок большого сечения с учетом податливости для обеспечения безремонтного поддержания горных выработок;

- крепление выработок рамной, анкерной, специальной, комбинированной крепью;

-   расположение выработок вне опасных зон;

-   применение механических и физических способов упрочнения пород в окрестности выработок.

Проведение выработок большого сечения с учетом податливости для обеспечения безремонтного поддержания горных выработок. Этот способ обеспечивает поддержание выработок в безремонтном состоянии в течение всего срока эксплуатации. В этом случае устойчивость горных пород обеспечивается за счет податливости крепей. При этом даже при значительных деформациях углепородного массива и при уменьшении сечения выработок обеспечивались технологически необходимые размеры поперечного сечения выработки для работы оборудования и людей. Ремонт выработки, как правило, в течение времени ее эксплуатации не проводится. Недостатками этого способа являются: высокие трудовые и материальные затраты при строительстве выработки большого сечения, в опасных зонах и в зонах повышенного горного давления (зоны ПГД) увеличение сечения выработки не всегда компенсирует смещения ее контура, так как последние возрастают пропорционально увеличению площади поперечного сечения [3,17,40,43,44,231].  

Рисунок 1.-Схемы деформации пород (а-г) в окрестности горных  выработок, при ведении горных работ.

Крепление выработок рамной, анкерной, специальной, комбинированной крепью. К основным видам крепи относятся:

- рамная (арочная, трапециевидная, прямоугольная, кольцевая, полигональная) и др. крепь;

-  сплошная (сборная или монолитная бетонная или ж/б) крепь;

-  анкерная крепь;

-   комбинированная крепь.

Рамная крепь применяется для крепления горизонтальных и наклонных горных выработок. Крепь взаимодействует с поверхностью выработок и лишь косвенно влияет на окружающие породы. Рамные крепи могут быть жесткими и податливыми. При превышении напряжений и деформаций элементов крепи предельных значений происходит разрушение крепи и уменьшение сечения выработки, для ее восстановления необходимо провести ремонт. Формы и схемы разрушения крепи: прогиб, разрушение замков, разрушение конструкции крепи, вдавливание стоек в почву и их разрушение, разрывы элементов крепи (рисунок 1.). Недостатками рамной крепи являются высокие: материалоемкость, трудоемкость, стоимость, а также необходимость применения временной крепи. Большим недостатком рамных крепей является применение опасного ручного труда (до 75%)  из-за отсутствия  средств  полной  механизации [15,19,36,40,60,82,102,103,111, 112,115,118,143,146,179].

Сплошная (сборная или монолитная бетонная или ж/б) крепь выполняет