книги из ГПНТБ / Вскрытие и разработка рудных месторождений на больших глубинах докт. техн. наук, проф. Г. М. Малахов, инж. А. П. Черноус. 1960- 19 Мб

надежным закреплением их специальными типами крепи (ей.

ниже).

Что же касается горных ударов, происходящих в подготови­ тельных выработках вблизи очистных забоев и вызываемых пе­ ренапряженным состоянием горных пород в результате оставле­ ния целиков в зоне очистного пространства и т. п., то в этих случаях основное внимание должно быть уделено упорядочению ведения очистных работ и устранению причин, обусловливающих

перенапряженное состояние боковых пород в зоне очистной выемки.

Рассмотрим вопрос предотвращения горных ударов в основ­ ных капитальных и подготовительных выработках.

Стволы шахт

В СССР круглое сечение стволов шахт и бетонное крепление приняты для большинства крупных металлических рудников и угольных шахт. В заграничной практике на ряде металлических

рудников Канады, Южной Африки и т. д. находят еще примене­ ние стволы прямоугольного сечения при деревянной крепи, хотя в настоящее время вопрос о пе­ реходе на круглое сечение ство­ лов и крепление их бетоном ре­

чительном удалении от контакта с рудной залежью. Этот вопрос, окончательно решенный у нас в СССР при разработке мощных рудных месторождений, не получил еще рационального решения за рубежом, особенно при разработке жильных место­ рождений.

Обязательное условие при выборе места заложения ствола

59

шахты — расположение его в зоне, не подверженной горным

ударам и свободной от геологических нарушений. Расходы, свя­ занные в этом случае с удлинением квершлага, несомненно оку­

пятся за счет экономии на поддержании выработок и уменьше­ ния потерь полезного ископаемого в целиках.

Эти условия трудно осуществимы при пологом и наклонном

падении рудных залежей в условиях Витватерсранда и в боль­ шинстве случаев не соблюдались на тех глубоких рудниках Ка­ нады и США, где закладка стволов шахт с поверхности была произведена несколько десятилетий тому назад. Оставление руд­ ных целиков для защиты стволов приводило в ряде случаев

Рис. 45. Схема развития очистной выемки на золотодобывающих руд­ никах Оранжевой Республики (Южная Африка):

/— рудное тело; 2 — рудоспуски; 3 — штреки

кгорным ударам, особенно при незначительных размерах этих целиков по простиранию.

Все вышеизложенное относится, разумеется, не только

к стволам, проходимым с поверхности, но и к слепым стволам. Особый интерес представляет вопрос о проведении и защите

наклонных стволов шахт в условиях большого горного давле­ ния.

Применяется два способа защиты наклонных стволов, распо­ ложенных в лежачем боку пласта:

1) путем оставления соответствующих целиков по всей длине

над стволом. Опыт рудника Кроун (Южная Африка), где гор­ ные работы ведутся на глубине 3200 м, показал, что если на­

клонный ствол расположен в породах лежачего бока на расстоя-

60

нии 30 я и больше от контакта, то для сохранения его от гор­

ного давления необходимо оставлять целик руды вдоль ствола шириной 120 м по простиранию;

2) путем осуществления над стволом опережающей очистной выемки по рудному пласту, целью которой яаляется снятие на­

пряжений в породном массиве на участке ствола.

Опережающая очистная выемка дол­ жна осуществляться с возможно боль­ шей скоростью в обоих направлениях от разрезного восстающего (пройденного

по рудной жиле над стволом), одновре­ менно по всей ширине забоев, располо­ женных параллельно стволу. Практика показала, что развивающееся в этом слу­

Мгновенное ударное приложение нагрузки на крепь этажных выработок при горных ударах предъявляет к ней специфические требования — сопротивление ударной нагрузке.

Практика рудников Колар в Индии [16] показала, что наи­

более рациональным видом крепи в подобных условиях являются стальные оклады, которые затягиваются лесом или стальной сеткой и имеют вокруг себя подушку из мелких пустых пород, а

иногда и песка (рис. 46). Благодаря уплотнению этой подушки под влиянием горного давления или же при горном ударе на­ грузка на крепь распределяется равномерно, и крепь способна к большему сопротивлению.

61

Рис. 47. Применение болтовой крепи на руднике Лейк Шор (Канада):

а — для крепления кровли; б — для крепления стенок откаточных выработок

Рис. 48. Горный удар на участке рудного штрека, закрепленного болтовой крепью, на рудниках Колар

62

Было замечено, что стальные рамы криволинейного сечения должны изготавливаться из металла такого профиля, который придает крепи достаточную жесткость. В то же время стальные рамы должны обладать податливостью. Большое преимущество такого вида крепления заключается также в возможности пов­

торного использования.

Аналогичное крепление круглыми стальными кольцами нахо­ дит применение и на других глубоких рудниках, в частности на

товое (рис. 47) или штанговое крепление [3]. Оно приме­

зуется мягкая сталь, способная выдерживать ударную на­

грузку. Размеры пластинок-шайб 200 X 200 или 300 X

х 300 мм.

При креплении штреков, пройденных по руде, болтовая крепь на этом руднике оказалась непригодной для предупреждения

горных ударов.

На рис. 48 показан рудный штрек после горного удара на го­

ризонте 2532 м рудника «Чемпион Риф». Болтовая крепь в усло­

виях этого рудника не может применяться в связи с особыми свойствами горных пород (роговиков), вываливающихся мел­ кими глыбами.

Третьим, видом крепи, применяющейся в выработках, подвер­ женных горным ударам, является так называемая подвесная крепь. Сущность этого метода крепления заключается в следую­

щем. В пределах участка, который должен быть закреплен, на­

тягиваются два троса диаметром 38 мм на определенном рас­ стоянии друг от друга (рис. 49). Закрепление концов тросов про­

изводится при помощи «якорей». Вдоль штрека через каждые

4,8 м монтируются подвески. Болты располагаются под углом 60° к горизонту. После того как тросы укреплены на подвесках, они натягиваются при помощи небольшой лебедки и крепятся к «якорям». Между кровлей и тросом укладываются верхняки диаметром 15 см.

Упругость подобной крепи играет весьма большую роль, со­ храняя крепь и выработку при горных ударах.

63

СТ; 4k.

Рис. 49. Комбинированная крепь, применяемая для крепления квершлагов на участках с повышен­ ным горным давлением на руднике Лейк Шор:

J — трос диаметром 38 мм; 2 скобы; 3 — затяжка; 4 — распорки 150 х 180 мм; 5 — штанговая крепь; 6 — зажим; 7—якорь

Выпучивание пород

Устойчивые породы лежаче­

го бока

Рис. 51. Горный удар в очистном за­ бое на руднике Лейк Шор

Зона максимальной концентрации напряжений

Выемки

/ Кольца напря­ жений В боковых

породах

~l"Суммарная зона I напряжений

Рис. 52. Влияние очистной выемки в смежных жилах на концентрацию напряжений в боковых породах

66

в толще пород, разделяющей залежи, создает опасность горных

ударов.

Трещины, параллельные плоскости контакта, секущие ее под острым углом, также создают условия для горных удавов.

Большое значение в создании условий, способствующих гор­ ным ударам, имеет порядок и скорость очистной выемки в шахт­

ном поле.

Среди ученых и инженеров, разрабатывающих мероприятия по борьбе с горными ударами в очистных работах, существовали

две школы, имевшие свои особые точки зрения. Первая из этих школ считала, что наиболее рациональным для снижения опас­

ности горных ударов является планомерная отработка залежей

без оставления целиков. Другая школа придерживалась мнения,

что опасность горных ударов можно устранить, применяя плот­ ную закладку выработанных пространств и сводя тем самым к минимуму движение пород висячего и лежачего боков месторо­ ждения.

Обе точки зрения подвергались многолетней проверке на

практике. При этом было установлено, что планомерная отра­ ботка месторождения без оставления целиков является наиболее

надежным средством, к которому следует прибегать во всех слу­ чаях.

Одним из первых горнорудных районов, где возникли горные удары, был Мичиганский меднорудный бассейн в США. В этом районе на базе практических данных видоизменяли применяв­ шийся ранее порядок очистной выемки и планомерно отрабаты­ вали залежи без оставления целиков в одном направлении

(рис. 53). Такой метод планомерной отработки месторождения

оказался более рациональным, чем применение закладки при старых методах производства горных работ.

Большие исследования по улучшению методов разработки были проведены на рудниках Витватерсранда. На этих рудни­ ках развитие методов очистной выемки повторило историю раз­ работки большинства глубокозалегающих рудных месторожде­ ний. Системы разработки, применявшиеся на глубине 300—400 м, использовались на более глубоких горизонтах. В большинстве случаев очистные работы велись путем выемки в пределах шахт­ ного поля отдельных блоков независимо друг от друга. В резуль­ тате в рудном теле образовывались целики или же оставалась невыработанная бедная руда в пределах отдельных блоков. Эти целики различной формы и размеров приводили к образованию

перенапряженных зон в боковых породах и руде (в целиках). В зависимости от горнотехнических условий горное давление вы­ зывало раздавливание целиков и обрушение пород висячего бока,

или горные удары.

Так, например, на руднике Виллейдж Дип (рис. 54) причиной

образования целиков была двукрылая разработка соседних

блоков потолкоуступным или почвоуступным забоем. Опасность

. Ствол

Рис. 53. Планомерная очистная выемка, исклю­ чающая оставление целиков в выработанном про­ странстве

Рис. 54. Образование целиков в выемочном про­ странстве при двукрылой очистной выемке:

1 — при потолкоуступной выемке; 2 — при почвоуступной выемке

68