Методы обеспечения устойчивости выработок

Общие сведения

Устойчивость горных выработок

Горно-разведочные выработки должны быть устойчивыми в период их проведения и эксплуатации, т.е. должны сохранять необходимые форму и размеры поперечного сечения в соответствии с требованиями Правил технической эксплуатации и техники безопасности.

Если условие устойчивости обнажений пород соблюдается и деформации обнажений не выходят за пределы допустимых, то, как правило, выработка будет устойчивой без несущей крепи. Если условие прочности не соблюдено, то для обеспечения устойчивости горной выработки необходимы применение несущей крепи, упрочнение массива пород и т.д.

В кровле, стенках и почве горной выработки обычно действуют напряжения разной величины и знака, а породы могут иметь разную прочность и степень нарушенности, поэтому устойчивость выработки в целом определяется устойчивостью указанных ее элементов. Иногда достаточно укрепить один элемент, например кровлю, чтобы обеспечить устойчивость выработки в целом.

Многочисленные методы обеспечения устойчивости горно-разведочных выработок можно объединить в три группы: 1) охрана, 2) крепление, 3) поддержание.

Рис. 22. Рациональные формы очертания выработоквзависимости от горногодавления

Под охраной понимается совокупность заранее проектируемых мероприятий, направленных на предотвращение потери устойчивости выработки или снижение влияния горного давления. К числу способов и вариантов охраны относятся использование рациональной формы поперечного сечения выработок, оставление вокруг них защитных толщ и целиков, расположение выработки в зонах массива с высокой прочностью или с пониженными напряжениями, снижение концентрации напряжений за счет применения особой технологии проведения и др. Правильно выбранный способ охраны является эффективным способом снижения затрат на крепление и поддержание выработок.

Крепление выработки – применение горной крепи с целью предотвращения обрушения или уменьшения смещения пород для нормальной эксплуатации выработки.

Поддержание выработки – совокупность технических мероприятий, устраняющих нарушение ее устойчивости в период эксплуатации.

Рациональная форма сечения выработки обеспечивает наилучшее использование несущей способности материала крепи. Форма выработки выбирается в зависимости от направления преобладающего давления. Так, при значительном давлении со стороны кровли рациональной является выработка со сводчатым очертанием в кровле (рис. 22, а). При наличии значительного горного давления лучше выбрать подковообразную форму выработки (рис. 22, б) или круглую форму (рис. 22, г), рациональные формы в зависимости от давления приведены на рис. 22. При наличии значительного горного давления с кровли и с боков рациональной является подковообразная форма выработки (рис. 22, б). При всестороннем давлении боковых пород лучше выбрать подковообразную форму с обратным сводом (рис. 22, в) или же круглую (рис. 22, г); последняя наиболее рациональна при равномерном давлении со всех сторон, например в вертикальных выработках. При неодинаковом всестороннем, но симметричном давлении наиболее целесообразно эллиптическое сечение с большой осью в направлении большего давления (рис. 22, д). В случае применения в качестве крепежного материала дерева крепь криволинейного очертания сделать сложно, поэтому рациональной формой становится трапециевидная (рис. 22, е) или прямоугольная − шурфы, стволы (рис. 22, ж).

Для придания устойчивости выработке со стороны кровли или почвы оставляют предохранительные толщи, т.е. кровлю или почву располагают в более устойчивых породах (рис. 23, в, г).

В случаях, когда подготовительные выработки попадают в зону очистных работ, между очистными выработками оставляют целики или выкладывают бутовые полосы (рис. 23, а, б).

Одним из основных технических критериев при выборе места заложения комплекса капитальных выработок является прочность вмещающих пород, удовлетворяющая условию тКрН< R_сж,, где m – коэффициент запаса; К – коэффициент концентрации напряжений.

Рис. 23. Охрана выработок с помощью: а – предохранительного целика;

б – бутовой полосы; в – предохранительной толщи подкровельной; г – предохранительной толщи почвенной. 1 – целик; 2 – выработанное пространство; 3 – бутовая полоса

Рис. 24. Схемы целесообразного размещения выработок в массиве:

а – вне зоны опорного давления; б – в выработанном пространстве

С ростом глубины разработок увеличивается отрицательное влияние очистных работ на устойчивость штреков – зона влияния очистных работ расширяется, а смещение пород становится интенсивнее. В этом случае штреки размещают в зоне разгруженных пород, когда влияние опорного давления снижалось бы до минимума (рис. 24). В каждом конкретном случае эта задача решается индивидуально.