книги / Сооружение выработок приствольного комплекса

ралась грузчиком КС-3. Приток воды составлял б м3/ч. Рассечка сопряжения проводилась одновременно с проходкой'ствола.

Сопряжение проходилось вкрест простирания пород, к тому же ослабленных тектоническими нарушениями. В висячем боку на участках замещения известняков прослойками песчаников и глин создавались условия для интенсивного отслоения и вывалов кус­ ков породы. В качестве временной крепи применяли клиновые анкеры. Глубину анкеров принимали равной 3 м исходя из напря­ женного состояния массива. Максимальная зона растягивающих напряжений в массиве находилась на расстоянии 2—2,5 м от кровли сопряжения, а сжимающие напряжения — на расстоянии 8—10 м от стенки ствола вдоль длины сопряжения. Анкеры уста­ навливались с учетом величины и характера распределения на­ пряжений. Работы по рассечке сопряжения включали 16 последова­ тельно выполняемых этапов. Рассечка сопряжения вначале велась только верхним забоем (этапы III—X). Длина заходки составляла 1,9 м. С целью меньшего нарушения массива от воздействия взрывных работ применялось «гладкое» взрывание шпуров. Так как поверх­ ность обнажения выработки ири проходке иа III этапе была значительно больше других, то анкеры на этом участке устанав­ ливались с металлическими подхватами.

После ухода забоя сопряжения на 3,6 м от стенки ствола рас­ сечку приостановили и прошли еще 4 м ствола с целью создания емкости для породы, отбрасываемой взрывом из сопряжения.

ствола приступили к выемке нижнего целика высотой 2 м (XI— XV этапы) заходками длиной по 2,6 м.

Возведение постоянной крепи толщиной 300 мм производилось одновременно с креплением ствола с частичным использованием стволопроходческой опалубки (XVI этап).

,Сооружение выработок, сопрягающихся со стволом овальным

сводом, позволяет на 20—35 % уменьшить напряжения в кровле

и обеспечить устойчивость этих выработок на больших глубинах. Одним из мероприятий по обеспечению устойчивости сопряжений

при проходке в удароопасных породах являются изменение формы сопряжения или бурение разгрузочных скважин [20]. Снижения концентрации напряжений можно достигнуть за счет бурения ряда скважин в районе сопряжения и в стенке ствола вдоль его оси (рис. 17) В результате этого образуется разгрузочная щель оваль­ ного профиля по контуру сопряжения вдоль его оси.

На I этапе при проходке к кровле сопряжения возводят опорный башмак, а уже затем проходят ствол в районе сопряжения. Одновре­ менно с бурением шпуров по забою ствола бурят и горизонтальные скважины в стенках ствола для образования разгрузочных щелей.

По мере приближения забоя к почве сопряжения глубину горизон­ тальных скважин увеличивают так, что по контуру двух противо­ положных щелей в глубине массива образуется профиль, располо­ женный симметрично относительно осей ствола и сопряжения. Чтобы устранить вывалы породы, заряды в шпурах взрывают с опре­ деленным замедлением, обеспечивающим последовательную отбойку

Рис. 17. Поэтапная схема рассечки сопряжения ствола в удароопасных породах:

1 — постоянная крепь ствола; 2 — опорный башмак; 3 — ствол; 4 — скважина; 5 — контур сопряжения, образуемый скважинами; 6 — временная крепь; 7 — междускважинные целики; 8 — постоянная крепь сопряжения; 9 — забутовка; 10 — временная крепь; II — горизонтальная часть сопряжения

породы забоя ствола и разрушение междускважинных целиков. После отбойки породы и ее уборки возводят временную крепь.

На II этапе проводят рассечку сопряжения, проходку его гори­ зонтальной части с возведением временной слоевой крепи и после­ дующим возведением постоянной крепи в примыкании к пристволь­ ной выработке, заполняя закрепное пространство податливым мате­ риале м, что обеспечивает компенсацию смещений пород.

На III этапе возобновляют проходку ствола ниже почвы сопря­ жения, повторяя операцию I этапа. Однако глубину горизонталь­ ных скважин при этом уменьшают по мере приближения к нижнему опорному башмаку.

С целью увеличения срока службы сопряжений Южгипрошахт для выработок, находящихся в зоне влияния очистных работ, ре­ комендует выполнять конструкцию сопряжения с деформацион­

ными швами [12]. Данная конструкция была внедрена при рассечке сопряжения гор. 727 м шахты им. М. И. Калинина (ПО «Донецкуголь») (рис. 18).

Проходка сопряжения осуществлялась в породах средней устой­ чивости с пределом прочности на сжатие а — 50...70 Па. Особен­

ностью сопряжения явилось устройство деформационного шва к

Рис. 1И. Конструкция сопряжений с деформационными швами:

1 —‘ деформационный шов; 2 — кольца жесткости; 3 — опорное коль» цо; 4 горизонтальная балка; 5 — вертикальные стойки.

применение усиленной крепи из металлических прокатных профи­ лей. Несущими элементами этой крепи являются два опорных коль­ ца, расположенные над и под сопряжением. Между кольцами по пе­ риметру крепи ствола устанавливаются вертикальные стойки. Всеэлементы металлического каркаса монтируются после проходки сопряжения, затем покрываются бетоном, в результате чего образу­ ется единая конструкция.

Деформационный шов, отделяющий крепь ствола от крепи со­ пряжения, выполняется из досок толщиной 20 мм по всему перимет­ ру. При этом обеспечивается раздельная работа крепи ствола к сопряжения, что способствует улучшению условий работы крепи и повышению ее надежности при значительных смещениях и неравно­ мерных деформациях горного массива.

Технология рассечки сопряжений в выбросоопасных песчаниках зависит от степени выбросоопасности пород и положения сопряже­ ния относительно выбросоопасного слоя. При расположении сопря­ жения в нижней или средней части слоя песчаника с высокой сте­ пенью выбросоопасности целесообразно выполнять выемку слоев в восходящем порядке. В этом слу.чае разрушения породы выбросом ва верхним контуром сопряжения может не произойти либо оно будет незначительным. Оконтуривать выработку в верхнем слое следует взрывным способом при неубранной породе.

При расположении в верхней части сопряжения слоя песчаника высокой или средней степени выбросоопасности целесообразно ис­ пользовать схему рассечки сопряжения заходками в нисходящем порядке. В этом случае развитие выброса выше кровли выработки будет ограничено иевыбросоопасными породами. Применение раз­ грузочной щели способствует предотвращению выброса при проход­ ке выработки по нижнему слою сопряжения. Крепь возводится в направлении сверху вниз.

При рассечке сопряжений в выбросоопасных песчаниках сила выброса снижается в зависимости от наличия свода ниже сопряже­ ния. Поэтому, если в силу каких-либо причин ствол пройден ниже уровня сопряжения более чем на 2 м, необходимо перекрыть его вре­ менным полком.

Рассечка сопряжения гор. 995 м шахты им. А. А. Скочинского (ПО «Донецкуголь») была выполнена во выбросоопасных песчани­ ках (рис. 19). К началу работ ствол диаметром 9,5 м вчерне был прой­ ден немного ниже отметки почвы сопряжения. Участок ствола в районе сопряжения не крепили. При последнем взрывании шпуров в забое ствола произошел выброс песчаника. Породу из ствола уб­ рали только до отметки почвы верхнего слоя (заходки) сопряжения. Чтобы ограничить выбросы песчаника и уменьшить переборы по­ роды при проходке верхнего слоя сопряжения, шпуры располага­ ли только в центральной части сечения слоя на площади, равной 7 м2. При взрывании зарядов этих шпуров в южной ветви сопряже­ ния произошли два выброса и несколько микровыбросов, полости которых распространились в основном в пределах сечен].я ствола, а в отдельных местах выходили за контур кровли на 0,5—2,4 м до контакта с песчанистым сланцем.

Оконтуривание верхнего слоя до проектных размеров проводи­ ли взрывным способом при неубранной породе. Одновременно по длине обеих стен выработки разделывали щель глубиной 1,5 м, которая предназначалась для разгрузки напряжений в породах ниж­ него слоя. Эту же щель использовали для устройства опорного венца ■свода, для которого глубина вруба в обычных породах не превы­ шает 0,5—0,6 м. Чтобы порода не обрушилась в самом ответствен­ ном месте сопряжения, участок верхнего слоя, непосредственно при­ мыкающий к стволу, и участок ствола в районе верхнего слоя были

Рис. 19. Рассечка сопряжения гор, 995 м. шахты им. А. А. Скочинского в выбро­ соопасных песчаниках:

сразу же закреплены постоянной крепью. После того как верхний слой был пройден на.длину 15 м, убрали породу из ствола до от­ метки почвы нижнего слоя сопряжения, а затем уже приступили к проведению нижнего слоя, где выбросы песчаника не наблюдались.

Одним из мероприятий по обеспечению безопасности работ при сооружении сопряжений в выбросоопасных породах является со­ здание предварительной заградительной зоны. С этой целью до на­ чала рассечки сопряжения на расстоянии 0,6—0,8 м от его контура

бурят ряд разгрузочных скважин на всю его длину и тем самым сни* мают напряженное состояние массива. Для удобства бурения сква­ жин ствол в районе сопряжения проходится на 1,5—2 м ниже его кровли. Затем в скважины вставляется трос и нагнетается цемент­ ный раствор. Таким образом, вокруг контура сопряжения будет со­ здана зона, противостоящая выбросу породы. Под прикрытием этой зоны проводят рассечку сопряжения слоями сверху вниз.

В тресте «Донецкшахтоироходка» при рассечке сопряжений стволов применяется опережающая предохранительная крепь. Пе­ ред началом работ по рассечке сопряжения из забоя ствола бурят шпуры из расчета 3—4 шпура на 1 м периметра. В шпуры диаметром 52 мм вводят металлические трубы или стальную арматуру и нагне­ тают цементный раствор.

Выступающие концы анкеров прикрепляют к стальной арматуре крепи ствола, а при бурении шпуров через крепь ствола концы ар­ матуры оставляют в железобетоне. Под защитой предохранительной опережающей крепи вынимают породу.

При больших площадях поперечных сечений сопряжений ство­ лов целесообразно у устья сопряжения установить первые две ме­ таллические рамы, а выше них — опережающую крепь и забетони­ ровать стенку ствола и забоев сопряжений с помощью секционной, опалубки. Буровзрывные работы в этом случае ведут по бетону, ко­ торый еще не набрал своей прочности. Для обеспечения качествен­ ного оконтуривания устья выработки по своду сопряжения отбой­ ными молотками пробивают штробу. Применение такого способа крепления устья сопряжения обеспечивает безопасность проходче­ ских работ при проведении приствольных выработок, предотвраща­ ет разрушение крепи ствола у устья сопряжения. Работы по выемке породы и возведению крепи по возможности должны быть механи­ зированы с максимальным использованием оборудования, применя­ емого при проходке ствола.

Рассечка сопряжений связана со значительным объемом работ по образованию круглой формы забоя ствола. Это затрудняет пра­ вильное оконтуривание и визуальный контроль за контуром и направлением криволинейной поверхности ствола.

В настоящее время в Кривбассе нашел широкое применение спо­ соб перевода забоя ствола в районе рассечки сопряжения с кругло­ го сечения на квадратное (рис. 20). Для этого в местах разделывания •углов сопряжения бурят дополнительные шпуры. Часть отбойных шпуров несколько сдвигают к центру ствола, а оконтуривающие наклоняют в сторону разделываемого угла. Расстояние между кон­ цами шпуров не превышает принятой ранее линии наименьшего •сопротивления. При последующих взрывах в углу образовавшихся дополнительных обнажений бурят еще по одному шпуру. После двух взрывов ствол приобретает прямоугольную форму в районе сопряжения. Глубину и количество шпуров в рассечке принимают

в соответствии с паспортом буровзрывных работ. Началу работ по рассечке сопряжения предшествует маркшейдерская разметка кон­ тура сопряжения. Для этого необходимо на проходческом полке либо на крепи ствола закрепить отвесы, указывающие направление оси рассекаемой выработки, и реперы, по которым определяется подошва выработки.

Применение данного способа при рассечке сопряжения -гор. 447 м ствола «Вспомогательный» шахты им. С. Орджоникидзе (ПО «Кривбассруда») позволило уменьшить на 20 % переборы поро­ ды, улучшить оконтуривание кровли сопряжения и повысить произ­ водительность труда проходчика.

Важным вопросом при рассечке сопряжений является выбор крепления. В основном применяется жесткая крепь, которая в удароопасных и напряженно-деформированных породах неполностью обеспечивает устойчивость выработки. На небольших глубинах и в скальных породах применение жесткой крепи оправдано тем, что в породах прочных или испытывающих малые напряжения происходят в основном упругие деформации. Поэтому некоторые зазоры меж­ ду жесткой крепью и породой, неминуемо образующиеся при про­ ходке выработки, оказываются достаточными для компенсации тех небольших смещений, которые имеются на контуре выработки.

Иначе проявляет себя горное давление на больших глубинах или в сложных горногеологических условиях, где смещения конту­ ра пород выработки могут достигать 300—500 мм. При этом забу­ товка закреп ного пространства не обеспечивает устойчивость выра­ ботки при таких смещениях.

На практике для улучшения состояния крепи используют тех­ нологическую податливость, т. е. выработку первоначально кре­ пят металлическими арками, а спустя некоторое время, когда про­ изойдут интенсивные смещения,— бетоном.

Применение такого вида крепи в сопряжении затруднено, так как оно имеет сложную переменную форму поперечного сечения.

Обеспечить устойчивость сопряжений в сложных горногеологи­ ческих условиях за счет податливости и высокой несущей способ­ ности крепи можно при условии применения канатной крепи, установленной на анкерах. Такая крепь может применяться в качест­ ве как временной, так и постоянной.

На рис. 21 показан паспорт крепления сопряжения околоствольного двора с помощью стального каната, подвешенного на анкерах, с решетчатой металлической затяжкой. В качестве временной та­ кая крепь используется при незначительном смещении контура массива. Для установки анкера и крепления каната применяется шайба-уголок с двумя отверстиями. Сначала закрепляются анкеры, причем шайба-уголок вместе с гайкой полностью не накручивается на анкер. Затем через шайбу-уголок пропускается канат и закреп­ ляется с помощью жимков на крайних анкерах. После этого за счет

накручивания гаек на анкеры канат равномерно натягивается. Податливость крепи осуществляется за счет проскальзывания ка­ ната через отверстие шайбы-уголка, причем независимо от места и направления приложенной силы (смещения контура массива, про­ явления горного давления или горного удара). Крепь может приме­ няться в комбинации с набрызгбетоном или монолитным бетоном.

Применение канатной крепи позволит обеспечить устойчивость выработки как во время проходки, так и на период ее эксплуатации, повысить производительность труда рабочего и снизить стоимость •сооружения готовой выработки.

ПРИМЕНЕНИЕ ОБЛЕГЧЕННЫХ ШАХТНЫХ КРЕПЕЙ

В настоящее время в горнодобывающей промышленности широ­ кое применение получили в подземных выработках облегченные виды крепи с применением набрызгбетоиа, анкеров, тросов и метал­ лических сеток.

На железорудных шахтах анкерами в сочетании с набрызгбето­ ном и металлической сеткой закреплены сотни километров горных

выработок (табл. 7). Ежегодно объем обегченных видов крепи, при­ меняемых при сооружении горных выработок, увеличивается по сравнению с монолитной бетонной и металлической крепью.

Определенный опыт применения набрызгбетонной крепи в со­ четании с анкерами накоплен и в угольной промышленности. На­ пример, в Центральном районе Донбасса набрызгбетоном с анкера­ ми закреплено свыше 1500 м горных выработок [2].

Уровень механизации работ с применением набрызгбетонной крепи составляет 91 %. Такая крепь в 5—6 раз менее трудоемка, чем монолитная бетонная, в 3—5 раз прочнее металлической ароч­ ной и соответственно дешевле в 2,5—3,7 раза по сравнению с ука­ занными крепями.

Особый интерес вызывает опыт крепления камерных выработок рудников Джезказганского комбината. Так, с помощью набрызг­ бетонной крепи и железобетонных анкеров было закреплено не­ сколько сопряжений. Затем комбинированную крепь применили