Геомеханічні основи управління зоною зруйнованих порід навколо виробок для забезпечення їх стійкості на великих глибинах

Проведений аналіз ступеня впливу різноманітних чинників на величину зростання ЗЗП показав, що ефективний вплив на цей процес можливо тільки за рахунок зміни значень чинників, що піддаються управлінню -, R0 і р.

У п'ятому розділі на базі виконаних досліджень сформульовані основні положення модернізованої концепції управління станом масиву гірничих порід поблизу виробок і викладена суттєвість розроблених автором способів підвищення їхньої стійкості. Головний напрямок – це підвищення вантажонесучої спроможності зруйнованих порід. Управління геомеханічними процесами в навколишньому масиві можна вести активними і пасивними методами. Активний метод заснований на прямому втручанні в геомеханічні процеси, що мають місце всередині ЗЗП з метою протидії переміщенню зруйнованих порід в порожнину виробки. Пасивний метод заснований на протидії переміщенню зруйнованих порід за рахунок підвищення опору на контури виробки. Незважаючи на різноманітний характер впливу на зруйнований масив, загальним є його результат – зміна стану зруйнованих порід (ущільнення, зміна величини породних фрагментів, підвищення залишкової міцності зруйнованих порід та ін.).

Основна суть розробленої концепції підвищення стійкості виробок полягає в наступному:

Вміщуючий виробку масив відразу після його оголення необхідно включати в роботу системи кріплення-навколишні породи за рахунок використання додаткових технологічних та технічних засобів.

Підвищений опір навколишнім породам, що зміщуються необхідно забезпечувати не лише шляхом збільшення щільності кріплення, а і за рахунок застосування додаткових технічних засобів, що мають малу матеріалоємність і високі силові характеристики (податливі анкери, кріплення підсилення та ін.). При цьому додаткове підвищення опору створюється на дільницях з найбільшим проявом гірничого тиску.

Для створення вантажонесучої оболонки навколо виробки із зруйнованих порід та анкерів, останні необхідно розташовувати не в радіальному напрямку, а просторово, що забезпечує зв’язок між окремими фрагментами зруйнованих порід по всіх напрямках (радіальному, тангенціальному і вздовж осі виробки) і створює максимальні перешкоди їхньому зміщенню в порожнину виробки.

Для підвищення стійкості виробок в умовах утворення навколо них ЗЗП необхідно в повній мірі використовувати природню здатність зруйнованих порід набувати несучу спроможність за рахунок штучного створення умов для самозаклинювання породних фрагментів.

Виходячи з положень концепції, розроблені нові засоби охорони виробок, що за характером впливу на процеси руйнування і зміщення порід і за технологічним параметрам умовно можна поділити на три групи.

Перша включає способи, засновані на підвищенні опору зруйнованим породам, що зміщуються в порожнину виробки. В них як силові елементи використовується податливе анкерне кріплення, яке спільно з арочним кріпленням збільшує в 4-6 раз опір навколишнім породам. Анкери встановлюються в напрямку максимальних зміщень порід. Спосіб реалізується в процесі проведення виробки, область його використання обмежується умовами, в яких зміщення порід контура не перевищують величину технологічної податливості кріплення.

Якщо основна частина зміщень порід контура приходиться на дільниці впливу очисних робіт, доцільно використати інший спосіб створення підвищеного опору. Суттєвість його полягає в тому, що поза зоною впливу очисних робіт в міжрамному просторі покрівлі виробки бурять 2-4 свердловини в радіальному напрямку на глибину 0, 5-1, 5 м і встановлюють закріпні стояки. Під них підводять арочний сегмент, через який здійснюють навантаження закріпних стояків гідродомкратами, встановлюваними в боках виробки. Цей спосіб створює опір масиву, що зміщується в потрібному напрямку без загороджування робочого простору виробки.

Друга група способів заснована на формуванні вантажонесучої конструкції із зруйнованих порід, армованих анкерами. Новим в технологічному плані є напрямок установки анкерів, що забезпечує зв'язок між фрагментами зруйнованих порід і створює максимальні перешкоди переміщенню їх в порожнину виробки.

В третю групу об'єднані два способи, що засновані на зміні навколо виробок виду напруженого стану зруйнованих порід і створенні умов для їх самозаклинювання в процесі переміщення. За допомогою першого способу напружений стан порід змінюють шляхом проведення в радіальному напрямку суцільних щілин або свердловин, в яких встановлюють розпірні елементи. Знаходячись під внутрішнім тиском ці елементи навантажують секторну дільницю ЗЗП. При цьому рівнодіюча сила (від кордонів секторних дільниць, що навантажуються) направлена від виробки в глиб масиву. Даний спосіб доцільно застосовувати на дільницях виробок, що перетинають геологічні порушення і зони порід з інтенсивною тріщинуватістю.

Суттєвість другого способу полягає в наступному. Зруйновану область порід навколо виробок, що підтримуються поділяють локально укріпленими зонами на секторні дільниці в радіальному напрямку. При зростанні ЗЗП відбувається навантаження зовнішнього кордону секторної дільниці масиву зруйнованих порід, розташованої між локально укріпленими зонами. Сили пасивного опору формують на кордоні локально зміцнених зон додатковий боковий тиск, що підвищує зчеплення між окремими фрагментами зруйнованого масиву. При переміщенні клиноподібної області зруйнованих порід до контура виробки відбувається самозаклинювання породних фрагментів між локально укріпленими зонами (збільшується вантажонесуча спроможність зруйнованих порід).

Існуючими способами не можна створити в радіальному напрямку достатньо вузькі (локальні) області укріплених порід. Нами