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

Таким чином збільшення відпору породному масиву на контурі виробки за допомогою податливого анкерного кріплення в 4, 3 рази в порівнянні з відпором податливого арочного кріплення привело до зменшення зміщення порід покрівлі в 1, 8 рази. Економічний ефект складає 114 карб. /м (в цінах 1988 р.).

Спосіб локального укріплення порід випробуваний на шахті STARIC 2 (Чехія). Шахтні випробування були проведені в основному квершлазі горизонту 950м. Квершлаг споруджувався за допомогою БВР перерізом 18 м2 і був закріплений металевим арочним кріпленням. На стадії проектування було встановлено, що забезпечити стійкий стан виробки тільки одним кріпленням не можливо. Для вирішення поставленої задачі була розглянута можливість укріплення порід, що оточують виробку зв’язуючими матеріалами. Попередні розрахунки показали, що ін‘єкційне укріплення породного масиву навколо виробки за традиційною технологією пов’язано з великими матеріальними витратами. Тому було прийнято рішення провести випробування способу підвищення стійкості виробки за рахунок створення в оточуючому породному масиві локально укріплених зон.

На рис. 7 приведена схема розміщення ЛУЗ навколо основного квершлага.

Буріння свердловин виконувалось з використанням спеціального шаблону. Глибина свердловин становила 2, 5 – 3м. Як зв’язуючий матеріал використовувалась поліуретанова смола BEVEDAM-BEVEDOL N, що являє собою двокомпонентний розчин, який в співвідношенні 1: 1 подавався в ін‘єктор, де відбувалося перемішування речовин та вже однорідна суміш подавалася у трещінуватий масив.

Термін гелеутворення суміші складав 16 хвилин. Час до твердіння становив 90 хвилин. Ступень спінювання розчину 1, 9 – 2, 5.

Нагнітання скріплюючої суміші робилось за допомогою устаткування GSP-352 PU виробництва фірми Garbotech (Німеччина), що працює від пневмомережі з тиском 0, 2 – 0, 6 МПа. Максимальний тиск нагнітання – 19 МПа, а витрачання – 8, 1л/хвил.

Відстань між серіями свердловин вздовж виробки дорівнювала 1, 5м. Це забезпечувало суцільне укріплення породного масиву в межах локальних зон вздовж виробки.

В процесі проведення ін’єкційного укріплення породного масиву у межах локальних зон встановлено, що витрати скріплюючого розчину на 1м ін’єкційної свердловини становлять 13 – 22 літри. Загальні витрати скріплюючого розчину на 1м виробки складають 108, 3 – 183, 3 літри, що в 3 – 4 рази менше ніж при реалізації традиційного способу укріплення породного масиву навколо виробки.

Застосування способу локального укріплення порід забезпечує зниження швидкості зміщень порід контура виробки з 2-5 до 0-0, 1 мм/добу.

Спосіб ін’єкційного укріплення порід із застосуванням процесу вакуумування випробувано на шахті ім. газети “Соціалістичний Донбас” в/о “Донецьквугілля”. Доведено, що зона проникнення розчину збільшується від 0, 75 до 1, 5 м, а об’єм заповнення порожнин зруйнованого породного масиву розчином зростає в 1, 9 рази.

 

В дисертації дано теоретичне узагальнення і запропоновано нове рішення актуальної наукової проблеми, що полягає в розробці геомеханічних основ управління станом зруйнованих порід навколо виробок на базі вперше встановлених закономірностей деформаційних процесів, що відбуваються всередині зони зруйнованих порід під дією рухливого фронту руйнування, які визначають характер взаємодії породного масиву з кріпленням виробок. Це дозволило обґрунтувати і розробити ряд нових, технологічних і маловитратних способів охорони виробок, заснованих на нетрадиційному використанні ін’єкційного укріплення порід і анкерних систем.

Розроблено новий метод обробки і подання результатів натурних спостережень по глибинних станціях за зміщенням порід навколо виробок, який відрізняється тим, що зміщення реперів розглядається як дискретний процес і їхня величина визначається за періоди між попереднім і поточним замірами по всьому ланцюгу установки. Це дозволяє простежити динаміку деформування порід всередині ЗЗП в період її формування.

Вперше експериментально встановлені особливості механізму формування ЗЗП навколо виробок, що полягають в утворенні і переміщенні від фронту руйнування порід до контура виробок хвиль знакозмінних деформацій зруйнованого масиву, які зумовлюють характер його взаємодії з кріпленням.

Вперше встановлено ефект фокусування тиску на кріплення в процесі передачі навантаження від фронту руйнування порід до контура виробки. При цьому величина коефіцієнта передачі навантаження залежить від розміру ЗЗП, величини її породних фрагментів і рівня навантаження на її зовнішньому кордоні. Зміна співвідношення радіусу зони до радіусу виробки від 1 до 2 призводить до збільшення коефіцієнта передачі навантаження до 2-2, 5. Найбільше його значення спостерігається при відношенні розміру породних фрагментів до радіусу виробки 0, 2-0, 4. При подальшому збільшенні означених співвідношень коефіцієнт передачі навантаження зменшується.

Розроблено аналітико-експериментальний метод визначення розмірів ЗЗП за часом, що базується на положеннях механіки крихкого руйнування з використанням принципу лінійного накопичування пошкодженності, що відрізняється покроковим рішенням задачі з урахуванням впливу коефіцієнта структурного послаблення міцності порід в масиві на параметри функції суцільності. Отримана залежність величини ЗЗП від гірничогеологічних чинників і часу підтримання виробки, що дозволяє на стадії проектування або поточного планування прогнозувати стан виробки і приймати адекватні технічні рішення.

З урахуванням встановлених особливостей і закономірностей деформаційних процесів в ЗЗП була розроблена нова концепція забезпечення стійкості виробок за рахунок підвищення вантажонесучої спроможності зруйнованих порід, основні положення якої зводяться до наступного:

вміщуючий виробку масив відразу після його оголення необхідно включати в роботу системи кріплення-навколишні породи за