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