21 Охрана горных выработок компенсационными щелями и разгружающими выработками.

Под охраной горной выработки понимают совокупность мероприятий, направленных на повышение устойчивости выработки путем более полного использования прочности и несущей способности вмещающих пород и на снижение концентраций напряжений в породах вокруг нее, а также на ликвидацию неблагоприятных проявлений горного давления.

Для охраны горных выработок в условиях Старобинского месторождения используют следующие способы управления горным давлением:

использование естественных горно-геологических и несущих способностей вмещающих пород;

разгрузка массива горных пород, окружающего выработку.

На Старобинском месторождении калийных солей разгрузка массива горных пород вокруг капитальных и подготовительных выработок осуществляется двумя способами:

способ охраны компенсационными щелями (полостями);

способ охраны разгружающими выработками.

П ри способе охраны компенсационными щелями их устраивают по контуру выработки (рис. 7.1)

Рис. 7.1 Охрана горизонтальной

выработки компенсационными щелями.

1 – щель в кровле выработки;

2 – щель в боках выработки;

3 – щель в почве выработки;

l_щ – глубина щели.

Устройство разгрузочных щелей изменяет напряженное состояние массива горных пород вокруг выработки, уменьшая концентрацию напряжений на ее контуре. При проведении выработки наибольшие величины напряжений будут на самом контуре. Разгрузочные щели создают условия, при которых наибольшая концентрация напряжений перемещается в глубь массива, где породы работают в условиях объемного напряженного состояния.

Разгружающие выработки проводятся с целью перераспределения гравитационных и тектонических напряжений вокруг охраняемой выработки, подверженной сильному горному давлению. Разгружающую выработку проводят раньше охраняемой в непосредственной близости так, чтобы целик между ними находился в условиях двухосного или одноосного сжатия. Этому условию соответствует целик с отношением высоты к ширине более 1. Превышение кровли в разгружающей выработке относительно охраняемой должно быть не менее 0,8м. Механизм воздействия разгружающей выработки на охраняемую заключается в снижении сил бокового распора на нижние слои кровли благодаря увеличению податливости опоры и созданию возможности продольного смещения слоев в сторону разгружающей выработки.

22. Крепление подготовительных горных выработок.

Горной крепью называют специальные конструкции, возво­димые в подземных выработках для сохранения необходимых размеров их поперечного сечения и предотвращения обруше­ния окружающих пород.

Крепь должна быть достаточно прочна, устойчива, долго­вечна, она должна минимально заполнять сечение выработки, иметь небольшое аэродинамическое сопротивление, минималь­ные затраты на изготовление, доставку и установку.

Преобладающим видом крепи на Старобинском месторождении является анкерная (штанговая) крепь.

Наиболее распространенными условиями работы анкерной крепи в горных выработках в условиях разработки калийных месторождений являются:

1. слои непосредственной кровли “подшивают” анкерами к устойчивой основной кровле (рис. 7.2а);

2. о тдельные слои породы “сшивают” анкерами в одну монолитную плиту, которая способна воспринимать нагрузку от вышележащих пород (рис. 7.2б).

Рис. 7.2 Работа анкерной крепи в горных выработках

Конструкция штанговой крепи и основные ее параметры, на­ряду с другими показателями (взрывоустойчивость, противо­коррозионная стойкость, время восприятия нагрузки и т. д.), определяют работоспособность штанговой крепи, т. е. способ­ность штанг выполнять свои функции в конкретных горно-гео­логических и горнотехнических условиях в течение всего срока службы.

По характеру воздействия на породы штанги можно разделить на две основные группы (см. рис. 7.3):

• напрягающие (натяжные), устанавливаемые с начальным натяжением и с закреплением в скважине (шпуре) только замка (клинового, распорного, взрыворасширяющегося, бетонного и т.д.);

• контактные, устанавливаемые без начального натяжения и имеющие контакт (сцепление) с породой по всей длине (железобетонные, винтовые, сталеполимерные и пр.).

Основные параметры штанговой крепи, определяемые расчетами или опытным путем, – длина, сетка размещения штанг, сопротивление стержня разрыву (иногда срезу), несущая способность штанг и начальное натяжение (для напрягающих и комбинированных штанг).

Соответствие штанг различным условиям оценивают по их характеристике (рис. 7.4).

Штанги в первую очередь должны предотвращать расслоение пород, сохранять их монолитность. Этому требованию в большей степени отвечают штанги с жесткой характеристикой, т. е. с наименьшим смещением при нагружении. Напрягающие штанги, широко применявшиеся ранее, в последующем нашли применение в качестве временной крепи. Объясняется это невозможностью сохранять в течение длительного времени сообщаемое штангам при установке начальное натяжение. В соляных породах натяжение штанг, как установлено опытными и аналитическими исследованиями, со временем постепенно уменьшается вследствие: скольжения замка в связи с неудовлетворительным закреплением в скважине; скольжения замка, вызванного смещением пород; выщелачивания соли влагой воздуха в зоне замка и под опорными плитками; ползучести каменной соли. Наиболее существенной из перечисленных причин ослабления натяжения штанг представляется последняя.

Наиболее интенсивное уменьшение натяжения происходит в течение нескольких часов после установки штанги. Через 6 сут. и более после установки штанги происходит уменьшение первоначального натяжения на 50% и более, причем после повторного подтягивания пространство натяжения сохраняется только в течение некоторого времени; исключить или уменьшить это ослабление натяжения можно, применяя специальные пружинные шайбы.

Требованиям надежной работы в большей степени удовлетворяют контактные железобетонные штанги, хотя они также имеют существенные недостатки: длительное время твердения раствора и, следовательно, несвоевременное вступление штанги в работу; довольно сложна технология возведения таких штанг; требуются доставка и длительное хранение в шахте цемента, песка, воды; условия труда при установке таких штанг неблагоприятны.

Более технологична штанговая крепь с закрепляющим раствором на основе синтетических смол. Комплект такой крепи состоит из штанги диаметром 18-20 мм, полиэтиленового патрона с закрепляющим составом, состоящим из отдельно упакованных в патроне синтетической смолы и отвердителя, опорной плитки, уплотнительного кольца, гайки.

Такие штанги вступают в работу через 2-3 ч после установки, имеют весьма высокую несущую способность, удобны в установке и изготовлении.

Высокая технологичность установки, большая несущая способность предопределяют целесообразность применения винтовой штанговой крепи в широком масштабе на калийных рудниках.