книги / Методология проектирования строительства подземных сооружений

вые, а также с учетом ранее имевших место вывалов и об­ рушений пород кровли, для обеспечения необходимой безо­ пасности устанавливаются также металлические арки, кото­ рые не затягиваются и не находятся в контакте с породой.

Технология работ по возведению КРС была принята сле­ дующая. После взрывных работ и образования обнаженной поверхности выработки протяженностью 2,2 метра непо­ средственно со взорванной породы бурили шпуры (15 штук) под анкера и по мере надобности (через каждые 10 м) - один шпур длиной 0,5 м для датчика СДК-45. Затем в пробурен­ ные шпуры устанавливали анкера: вначале в шпур вводили ампулы с полиуретаном, а затем сам металлический стер­ жень анкера. Анкер, вращаемый с помощью специального переходника, погружался в ампулу и перемешивал их ком­ поненты в течение 20 4- 30 секунд.

Оптимальное количество ампул, вводимых в шпур и обес­ печивающих качественное закрепление анкера по всей дли­ не, было определено опытном путем и составило 5 -i-б штук на один шпур.

Через 10-15 минут после твердения раствора на высту­ пающие концы анкеров навешиваются металлическая сетка и опорные пластины, которые затягиваются гайкой. Затем убирается порода и устанавливаются три арки металличе­ ской арочной крепи.

Следует отметить, что металлическая арочная крепь не относится к базовому варианту и предназначена только для обеспечения безопасности ведения горных работ. Дальней­ шее наблюдение за состоянием крепи показало, что она не выполняла функций несущей конструкции и даже не имела достаточного контакта с породным массивом.

Датчик СДК-45 перед установкой настраивался на вели­ чину смещений, критических для данного базового варианта крепи - 40 мм. После настройки датчик вводили в шпур и раскрепляли в устье шпура у его основания. При длине 450 мм датчик фиксировал деформацию приконтурного массива пород толщиной, равной длине датчика.

С целью контроля за поведением породного массива на экспериментальном участке, были установлены две глубин­ ные реперные станции и три контурные.

Рис. 5.12. Графики смещений глубинных реперов на экспериментальном участке № 3

Совпадение показаний датчика и глубинной реперной станции свидетельствует о надежности работы датчика и разработанной методики определения величины сигнальных смещений.

Как видно из графиков на рис. 5.12 максимальное зареги­ стрированное расхождение между показаниями датчика и глубинной реперной станции составило на 181 сутки наблю­ дений всего б мм или 9 % от абсолютной величины смеще­ ний.

На основании показаний датчиков № 1 и № 2 было при­ нято решение об усилении крепи на участке штрека, на ко­ тором были установлены датчики, путем нанесения слоя на- брызг-бетона.

После этого на первых двадцати метрах эксперименталь­ ного участка было произведено усиление крепи. Для этого была произведена тщательная оборка кровли выработки и нанесен слой набрызг-бетона толщиной 15 см в стенках и 20 см в кровле выработки.

Как показали дальнейшие инструментальные наблюдения, смещения контура выработки практически затухли и за сле­ дующие 5 месяцев составили 8+20 мм. Датчики №3 и №4 показали максимальные смещения кровли штрека 23 мм и 26 мм, которые далеки от значений сигнальных смещений. По­ этому на этом тридцатиметровом участке усиление крепи не

производилось и выработка осталась закреплена базовой конструкцией крепи.

Визуальное обследование экспериментального участка, проведенное через три года после установки крепи КРС, показало, что его состояние хорошее, выпадение анкеров не наблюдается и трещин в набрызг-бетонной крепи не имеет­ ся. Контакт между металлическими арками и набрызгбетоном отсутствует.

На шахте "Комсомолец Донбасса" крепью регулируемого сопротивления было закреплено 2720 метров наклонного и западного конвейерного штреков.

Наиболее протяженные участки были закреплены метал­ лической арочной податливой крепью - всего 1557,4 м. Уста­ новленные на этих участках датчики-сигнализаторы и за­ мерные станции зафиксировали максимальные смещения кровли - 234 мм (рис. 5.13), однако эти смещения кровли вы­ работки были меньше величины сигнальных смещений для металлической арочной крепи (рис. 5.9), и поэтому усиление крепи на них не производилось. Измеренные смещения кровли (234 мм) хорошо согласуются с расчетными для этих участков выработки (от 217 мм до 312 мм), полученными в параграфе 5.1. 278,5 м выработок остались закреплены базо­ вой крепью - набрызг-бетоном толщиной 60 мм. Смещения кровли выработки составили всего 15 мм и были меньше сигнальных и д = 45 мм (рис. 5.11). На 181 метре квершлага,

закрепленного базовой крепью набрызг-бетоном, было произведено усиление крепи путем установки анкеров кон­ струкции ВНИИОМШСа и анкеров-инъекторов в сочетании с металлической сеткой.

Максимальные смещения кровли выработки на этих уча­ стках составили 84 мм (рис. 5.13) и были больше сигнальных и д = 45 мм (см. рис. 5.5).

Базовой крепью были закреплены 703 метра — Набрызгбетоном толщиной 60 мм в сочетании с анкерами длиной 1,5 м конструкции ВНИИОМШСа. На этих участках смещения кровли выработки за время наблюдения не достигли величи­ ны сигнальных и д = 65 мм, и она осталась закреплена базо­ вой крепью.

Рис. 5.13. Смещения кровли западного параллельного квершлага на различных участках 1 - участок с металлической арочной крепью; 2 - участок с крепью из набрызг-бетона и анкеров; 3 - участок с крепью из набрызг-бетона

§ 5.4. Проектирование строительства горных выработок с крепью регулируемого сопротивления и экспериментальные исследования на шахте "Суходольская-Восточная"

Наиболее комплексную апробацию разработанная мето­ дика проектирования строительства горных выработок с крепью регулируемого сопротивления прошла на шахте "Су­ ходольская-Восточная". Проведенные на этой шахте ком­ плексные исследования, включили в себя: обследование фактического состояния капитальных горных выработок, определение их устойчивости и анализ имеющихся проект­ ных решений, определение физико-механических свойств вмещающих горных пород в допредельном и запредельном состояниях, натурные наблюдения за смещениями породно­ го массива вокруг выработок, разработку методики проведе­ ния экспериментальных исследований крепи регулируемого сопротивления и собственно их проведение и анализ.

Обследование состояния и анализ устойчивости прово­ дился по двенадцати основным горным выработкам, харак­

меняется от 8,8 м2 до 13,7 м2, глубина залегания выработок Н = 540 - 915 м и прочность вмещающих пород от 33 МПа до 125 МПа. Диапазон изменения геомеханических условий очень велик. По проекту все выработки крепятся металличе­ ской арочной податливой крепью из СВП с плотностью ус­ тановки рам 1-2 на метр выработки. Все выработки имеют арочную форму поперечного сечения. Вмещающие горные породы представлены в основном песчаником, песчанистым, глинистым и песчано-глинистым сланцем. Так как угленос­ ная толща почти повсеместно перекрыта отложениями мезокайнозоя, то зона выветривания отсутствует. Кровля и почва пластов сложены песчано-глинистыми сланцами, реже пес­ чаниками и известняками. Наиболее устойчивыми в услови­ ях ненарушенности и нормальной трещиноватости являются песчаники и известняки, неустойчивыми - глинистые и пес­ чанистые сланцы. Песчаники в основном мелкозернистые, сильно трещиноватые, выбросоопасные.

При строительстве южного и северного магистральных откаточных штреков гор. 915 м неоднократно наблюдались вывалы породы из кровли выработок высотой 1,5 - 2,0 м, а на отдельных участках до 5 метров. Вывалы в основном при­ урочены к местам, где песчаник в кровле замещается глини­ стым или песчанистым сланцем. Вершина вывала при этом проходила по плоскости ослабления на контакте слоев.

Всего на момент обследования на шахте пройдено 3845 метров квершлагов и 53856 метров вскрывающих и подгото­ вительных выработок. Основным типом кровли является металлическая арочная податливая крепь, которой закрепле­ но 3783 м (97,9%) квершлагов и 46828 м (87%) других вырабо­ ток. Из других типов крепи на шахте применялись: моно­ литная бетонная крепь (закреплено 5930 м или 10,7% общего объема выработок), деревянная крепь (закреплено 457 м), металлическая из обсадных труб (закреплено 696м), набрызгбетон (закреплено 200 м) и анкерная крепь (закреплено 27

м). Основная доля нарушений крепи приходится на выра­ ботки, закрепленные металлической арочной крепью.

Не соответствует паспорту крепления по высоте выработ­ ки и по зазорам 4490 м или 7,8 %. Общая протяженность выработок с неудовлетворительным состоянием крепи со­ ставила 6326 м или 11 %. Причем выработки квершлажного типа соответствуют требованиям правил безопасности по их эксплуатации. Пучение почвы наблюдалось в 18,6 % поддер­ живаемых горных выработок. Суммарный объем горных выработок, подлежащих ремонту, составляет 29,6 %.

Работы по перекреплению горных выработок и подрывке почвы ведутся на шахте с 1983 года. Ежегодно увеличивается объем поддерживаемых и перекрепляемых выработок.

Обследование состояния 1-го южного и 1-го северного магистральных откаточных штреков показало, что около 50 % этих выработок находится в неудовлетворительном со­ стоянии из-за отсутствия необходимых для нормальной экс­ плуатации зазоров по ширине и высоте выработок.

Деформации металлической арочной крепи заключаются в нарушении (прогибе и кручении) верхняков и ножек, вы­ ходу из строя замков крепи, разрыву хомутов и поломке затяжек.

Определение устойчивости капитальных горных вырабо­ ток выполнялось двумя способами по действующему нор­ мативному документу [94] и по методике, разработанной в гл. 4. СНиП И-94-80 предусматривает производить оценку устойчивости породного обнажения по величине смещений породного контура выработки, поэтому в обеих случаях оп­ ределялись минимальные Umm и максимальные возмож­ ные смещения контура выработок по их длине. Данные по расчету смещений сведены в табл. 5.2. Нумерация выработок соответствует их нумерации в табл. 5.1. Как следует из таб­ лицы, четыре выработки относятся к IV категории устойчи­ вости, то есть являются весьма неустойчивыми, а остальные 8 выработок относятся к И-Ш категории устойчивости, то есть породы являются средней устойчивости и неустойчи­ выми. Смещения породного контура колеблется от 158 мм до 799 мм. В этих условиях СНиПом рекомендуется применение металлической арочной крепи в сочетании с усиливающими

элементами - тампонажем закрепного пространства, упроч­ нением вмещающих пород и установкой анкеров. Нагрузка на крепь колеблется в пределах от 0,099 МПа до 0,01435 МПа, в то время, как несущая способность принятой проек­ том крепи в зависимости от номера профиля и плотности установки крепи находится в пределах от 0,069 МПа до 0,1076 МПа, то есть ее недостаточно для восприятия нагруз­ ки. Конструктивная податливость крепи с учетом смятия забутовочного материала составляет 360 - 560 мм, что также недостаточно для восприятия ожидаемых смещений контура выработки. Предварительно можно оценить какая часть (х) от общей протяженности выработки будет нуждаться в перекреплении:

где:

Umax максимальные ожидаемые смещения контура вы­ работки по ее длине, мм;

Uniin ' минимальные ожидаемые смещения контура выра­ ботки по ее длине, мм;

UKP - конструктивная податливость крепи, мм.

Таким образом, можно сделать вывод, что в наихудших условиях будут находиться южный магистральный откаточ­ ный штрек гор. 915 м, северный магистральный откаточный штрек гор. 750 м. Средний прогнозируемый объем перекрепления выработок составит 4,4 км или 32,5% от их общей протяженности.

Натурные исследования проявлений горного Давления проводились по трем основным направлениям:

• определение физико-механических свойств вмещаю­ щих пород шахты "Суходольская-Восточная";

наблюдения за смещениями породного контура выра­ боток и деформациями вмещающего выработку по­ родного массива;