Геомеханічне обгрунтування раціональних технологічних схем відробки кінцевих дільниць вийомочних стовпів на інтенсивно порушених дільницях шахтних полів

Відмічається, що при роботі лав у підготовлюючих виробок геомеханічна система знаходиться у складному напруженому стані, який ніхто окремо не розглядав. У зв’язку з цим було вирішено провести дослідження напруженого стану гірських порід, виробити критерії які: 1) найбільш повно характеризували стійкість покрівлі у очисному вибої при роботі останнього у підготовлюючих виробок; 2) висвітлювали раціональність ведення робіт з точки зору стійкості підготовлюючих виробок та 3) враховували доцільність залишення вугілля у ціликах. 

Для вирішення цого комплексу проблем потрібно знати реальний напружений стан масиву. Для його вивчення було обране комп’ютерне моделювання на основі алгоритмів М. П. Зборщика та К. Sinha, достовірність яких перевірена при захисті докторських дисертацій та яким притаманна добра збіжність з натурними спостереженнями. 

У результаті аналізу можливих, а також таких, які часто застосовуються у практиці, схем доробки кінцевих дільниць, були виділені 16 типових варіантів планування гірничих робіт (рис. 1). Така їх велика кількість обумовлена різними способами відробки кінцевих частин виїмкових стовпів у підготовлюючих виробок, що пройдені вслід за розвантажувальною лавою. Вони були узагальнені та згруповані наступним чином. Перші чотири пов’язані з розгортанням лави для адаптації до неперпендикулярного взаєморозташування підготовлюючих виробок та лінії очисного вибою. Тут виділяють відхід та накат, причому відробка лави проваджується як поодинока або як лава, що примикає до раніше виробленого простору. Друга четвірка варіантів охоплює планування зі ступінчатим скороченням лави (великі та малі сходинки, які частіше за все прив’язані до місячного та двомісячного скорочення лави). Третя четвірка варіантів охоплює планування з накатом лави на раніше розвантажену регіональну зону, у якій підтримуються підготовлюючі виробки, та відходом лав від неї. Нарешті остання група варіантів охоплює планування з наступною надробкою виробок. Зазначимо, що інші можливі варіанти можуть бути узагальнені таким чином, що вливаються у той чи інший варіант з виділених нами. Наприклад, такий частковий випадок, як відроблення кінцевих дільниць з формуванням навкруги виробок двосторонніх ціликів є версією (більш легкою або тяжкою) одного з перших 12 варіантів, якісно не відрізняючись від них. Таким чином, обрані варіанти розвитку робіт охоплюють основні можливі просторово-планувальні рішення при відробленні кінцевих дільниць, як на поодиноких пластах, так і у свиті. 

Для усіх вибраних варіантів були проведені розрахунки напруження у масиві за мірою посування очисного вибою. При цьому фіксувалися напруження попереду очисного вибою за мірою його посування, а також у зоні розташування підготовлюючих виробок. На рис. 2 наведені приклади кінцевого просторового розподілу коефіцієнту напруження щодо варіантів місячного скорочення лави що примикає до виробленого простору (варіант 6), та фронтальної надробки виробок лавою вищележачого зближеного пласту, що примикає до виробленого простору, з малим відходом від розрізної печі (варіант 16). У процесі перерахування гірського тиску за мірою посування очисного вибою встановлено, що у затискуємому цілику варіанту 6 коефіцієнт концентрації напруження досягає значення 3, 9 у тій крайовій частині цілика, що з усіх сторін оточена виробленим простором. У середній частині він дорівнює 3, 2 та падає до значення 2, 6 у районі з’єднання цілика та масиву вугілля. Таким чином, навіть у межах цілика спостерігаються зміни прояву гірського тиску. Це у свою чергу впливає на стан покрівлі та підготовлюючих виробок у оточенні цілика. У варіанті 16 у місці надробки зони розвантаження спостерігається загальне зниження концентрації напруження позаду вибою у межах 15-20% (з 1, 1 до 0, 8-0, 9) по зрівнянню з ненадробленою дільницею. 

Дані усіх розрахунків у наступному були оброблені та використані для розроблення окремих критеріїв щодо раціональності відробки ціликів. Усього таких критеріїв було три. 

У якості першого був обраний критерій, що має вид відношення міцності порід, що вміщують, до діючих у масиві напружень. Після розрахунку стійкості покрівлі було встановлено, що краще (більш вище) значення критерію притаманне поодиноким лавам. Звідси витікає, що місця, що примикають до підготовлюючих виробок та мають слабку покрівлю, потрібно відробляти поодинокими лавами, з відходом їх від підготовлюючих виробок. За іншими рівними умовами варіанти відходу лав дають більш вище значення критерію стійкості. Таким чином, у слабких породах слід рекомендувати використовувати суцільну систему розробки, а не стовпову. 

Другий критерій раціональності відробки ціликів у підготовлюючих виробок був орієнтований на розгляд стійкості самих виробок. Як відомо, при веденні робіт у таких виробок (у тому числі і при надробці) їхній стан має значно погіршуватися. Це приводить до значних економічних збитків. Прямі збитки обумовлені необхідністю проведення у виробках додаткових ремонтних робіт. Побічні збитки пов’язані з тим, що очисні вибої, що обслуговуються цими виробками, із-за зменшення перерізу останніх не отримають достатньої кількості повiтря для провітрювання, а також не в змозі в повному обсязі видати здобуте вугілля. Таким чином критерій раціональності за стійкістю підготовлюючих виробок був умовно поділений на дві складові. У першому випадку за спеціальною програмою була розрахована для кожного варіанту загальна кількість перекріплень та підривань, а також витрати на відшкодування за поточний період. Побічні збитки знаходилися наступним чином. Як відомо підготовлюючі виробки обслуговують