Выбор типа и параметров крепи в подготовительной выработке
Основой для выбора служат рассмотренные выше методы опре- деления смещений пород в выработках. Правила выбора следующие.
1. Незамкнутые арочные податливые крепи применятся при смещениях почвы до:
200 мм для выработок с рельсовым транспортом; 500 мм для выработок с конвейерным транспортом.
При превышении указанных величин требуется ремонт. Для безремонтного поддержания необходимо применять другой способ охраны или замкнутые конструкции крепи.
2. Тип и параметры крепи определяются из условий: а) для незамкнутых крепей при α до 35°
U расч= UK £ Uпред, (19.1)
где Uрасч – расчетное смещение, мм;
Uпред – предельная конструктивная податливость крепи мм; б) для замкнутых крепей на пологих и наклонных пластах и для
всех крепей на пластах с углом падения более 35°
Uрасч = Uобщ £ Uпред
(19.2)
3. Параметры крепей приведены ниже в обобщении
| Uпред, мм | Крепь | Длина стойки, мм |
| до 300 | трехзвенная | – |
| 301 – 500 | пятизвенная | |
| 501 – 700 | то же | |
| 701 – 1000 | то же |
Для крепления выработок на пластах с углом падения более 35° применяются специальные крепи, конструкция которых предназначена к асимметричным нагрузкам, их параметры приведены ниже.
| Uпред, мм | Крепь |
| до 300 | 4-х звенная |
| 301 – 500 с подрывкой кровли | асимметричная типа ПАК |
| 301 – 600 без подрывки кров- ли | асимметричная типа КПК |
| 601 – 1000 | направленной податливости типа КАНП |
19.2 Выбор рационального способа охраны подготовительной выработки
Способ охраны выбирается на основании технико- экономического сравнения вариантов.
Выделяют следующие варианты для пластовых выемочных вы- работок:
I вариант – способы 1 и 3; II вариант – 2 способ;
III вариант – 4 способ; IV вариант – 5 способ.
Учитываются следующие затраты: стоимость проведения; стои- мость поддержания выработок; затраты на осуществление способа ох- раны.
Если суммарные затраты различаются не более чем на 10%, то экономически способы равноценны. Предпочтение следует отдать способу, при котором затраты на поддержание минимальны.
Стоимость проведения и поддержания выработок определяются по стандартным методикам.
В затратах на осуществление способа охраны учитываются рас- ход леса на возведение органной крепи, костров, расход ЖБТ, стои- мость возведения искусственных ограждений по нормам и стоимост- ным параметрам.
После рассмотрения вариантов охраны конструируется система разработки.
19.3 Пучение почвы горных выработок
Пучение почвы – это ее поднятие или смещение в выработку. Наиболее интенсивное пучение наблюдается в выработках, почвы ко- торых состоят в основном из глинистых компонентов: глины; глини- стых; песчано-глинистых; песчаных сланцев. Эти породы характери- зуются относительно низкими прочностными показателями.
Выделяют три группы глинистых минералов; каолинита, мон- тмориллонита, гидрослюд. Минералы группы монтмориллонита име- ют подвижную решетку из пакетов, состоящих из 7 слоев каждый (см. рис. 19.1). Пакеты при увлажнении раздвигаются вплоть до распадения минерала на элементарные ячейки, минералы сильно набухают (до 600-700%). В таких условиях возможно пучение за счет набухании.
ОН Sl Аl
Рисунок 19.1 – Строение монтмориллонита
В остальных случаях первопричиной пучения является измене- ние напряженного состояния массива в результате проведения выра- ботки.
Пучение почвы, представленной глинистым и песчано- глинистым сланцами – это упруго-вязко-пластическое течение породы, увеличение объема пород вследствие образования микротрещин и раз- рушения пород (III тип деформирования пород вокруг выработки).
Гипотезы, объясняющие пучение пород:
1) пучение – это выпирание пород из-за штампа;
2) пучение – результат перераспределения напряжений в окре- стности горной выработки.
Меры борьбы:
1) меры по предотвращению пучения или снижению до до- пустимого минимума его вредных проявлений. К I группе относятся: снижение напряжений в породах, окружающих выработку; упрочнение пород.
2) меры по ликвидации последствий пучения. Ко 2 группе: подрывка почвы; перекрепления; проведение параллельной выработки взамен выбывшей из строя.
Снижение напряжений достигается: расположением выработки в зонах с минимальными напряжениями; выбором способа охраны вы- работки; искусственным снижением напряжении в массиве.
Упрочнение пород: возведение крепи (кольцевые, с замкнутым обратным сводом, крепи усиления в пластовых выемочных выработ- ках); упрочнение пород искусственным способом; ограждение пород с целью сохранения их естественных свойств.
Искусственное снижение напряжений достигается при подра-
ботке и надработке, с помощью искусственного обрушения пород.
На рисунке 19.2 показано расположение отсечных скважин с целью снижения напряжений.
Схемы упрочнения пород следующие: анкерами; цементирова- нием; путем использования силы взрыва; химическими материалами.
Сущность анкерования почвы состоит в подшивке слабого слоя, мощностью до 2 м к более прочным породам. Анкеры устанавливают в 2–3 ряда вдоль оси выработки и через 0,7–1,5 м между анкерами в ряду.
3,5-4.0
1
1,5
Рисунок 19.2 – Расположение отсечной скважины: 1 – скважина; 2 – заряд ВВ.
В ДГМИ (Г.Г. Литвинский) предложен метод упрочнения по- род, разрушенных взрывом. В почве после упрочнения создастся мощ- ный монолитный обратный свод (рис. 19.3). В шпур, глубиной до 2 м закладывается патрон взрывчатого вещества, взрывается, затем бурят- ся шпуры и через них нагнетается цементный раствор. 3 человека за смену выполняют работы по укреплению на участке длиной 2-3 м.
Рисунок 19.3 – Схема разупрочнения и последующего упрочнения почвы
При расположении в почве глин их упрочнение достигается при взрывании камуфлетных зарядов. Плотность пород увеличивается на расстоянии до одного диаметра полости. Кроме этого полости – резер- вуары, которые заполняются породой, выдавливаемой из-под целиков. Глубина шпуров 1,5 м; расстояние между шпурами 0,5 – 1,5 м; заряд – 0,075 – 0,2 кг.
При более прочных породах, чем глина, взрывной способ при- меняют для изменения напряженного состояния (рис. 19.4). Массив под целиками уплотняется через 3–10 месяцев и пучение возобновля- ется. Заряд –0,2 кг. Взрывание проводится при проведением выработки.
l=2,0 шпур
30˚
60˚
Рисунок 19.4 – Схема взрывания камуфлетных зарядов
Массив разгружают также скважинами, пробуренными по угольному пласту. Диаметр скважин 250 мм, длина до 10 м, ширина целика между скважинами 0,8–1 диаметр скважины.
Проведены опыты по применению разгрузочных щелей в почве выработки, образуемых врубовыми машинами.
На рисунке 19.5 показано расположение разгрузочных щелей в почве выработки. Этот способ рекомендуется для выработок на глуби- не 500–600 м и породах прочностью на сжатие 20–40 МПа.
B
щель раз- грузочная
1/3В
δ=0,14
Рисунок 19.5 – Расположение разгрузочных щелей
Лекция 20