ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЯ И АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ОХРАНЫ И ПОДДЕРЖАНИЯ ВЫРАБОТОК

1.1 Особенности горно-геологических условий охраны и поддержания выработок.

1.2 Анализ горнотехнической обстановки при отработке запасов на действующей шахте.

1.3 Обобщение опыта охраны и поддержания горной выработки на действующей шахте. Выбор направления повышения её устойчивости.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ СОСТОЯНИЕМ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ОХРАНЕ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

2.1 Выбор места расположения выработки относительно пласта и вмещающих пород, способа проведения. Обоснование формы и величины поперечного сечения выработки.

2.2 Определение физико-механических свойств горных пород и условий поддержания выработок.

2.3 Выбор и обоснование способов охраны горных выработок. Расчёт параметров элементов охраны.

2.4 Расчёт смещений пород в горных выработках по вариантам охраны.

2.5 Разработка рациональных паспортов крепления и охраны выработок.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО СПОСОБА ОХРАНЫ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

3.1 Обоснование необходимых объёмов работ по проведению, поддержанию, ремонту выработки и других попутных затрат.

3.2 Расчёт стоимости отдельных видов затрат.

3.3 Экономическое сравнение вариантов.

3.4 Выводы по сравнению вариантов, рекомендации по охране выработки

Выводы

Перечень ссылок

 

Графическая часть курсового проекта выполняется на листе ватмана формата А-1, как правило, тушью или по согласованию с руководителем карандашом. Допускается распечатка на плоттере.

На листе графической части должны быть изображены:

1. Структурная колонка пласта и вмещающих пород с указанием их мощности и прочности, а также обозначением пород согласно ДСТУ.

2. Выкопировка из плана горных работ шахты с привязкой проектируемой выработки в конкретной горно-геологической обстановке в масштабе 1:2000 и указанием всех размеров. При выполнении курсового проекта по отвлечённым данным подпункт 1.3 не выполняется и выкопировка из плана горных работ не приводится.

3. По каждому варианту охраны следует представить систему разработки в масштабе 1:2000 с указанием схемы транспорта, вентиляции участка, а также погашенных, находящихся в эксплуатации и вновь проводимых выработок, места проведения мероприятий по управлению массивом горных пород.

4. Сечения выработок в наиболее характерные периоды их эксплуатации по вариантам в масштабе 1:50 или 1:100. Они изображаются с указанием пород, окружающих выработку, крепи, целиков, искусственных сооружений и выработанных пространств в окрестности выработки. На сечении крепь изображается в момент её установки при проходке выработки.

5. Сечения выработок в масштабе 1:100, 1:200 совмещённые с эпюрой напряжения в массиве окружающих пород в период длительного срока её охраны с отражением мероприятий по управлению массивом горных пород.

6. Диаграммы смещений почвы и кровли по длине выработок и основные параметры паспорта крепления и охраны выработок.

7. Таблица технико-экономического сравнения вариантов.

По согласованию с руководителем содержание графической части проекта может быть видоизменено или дополнено в зависимости от конкретного содержания проекта. Все чертежи и надписи должны быть выполнены согласно ДСТУ.

Графическая часть курсовой работы в указанном выше объёме выполняется на листах писчей бумаги, миллиметровки, кальки или ватмана и вставляется в пояснительную записку по мере ссылок на рисунки в виде вкладышей или приложений, помещаемых в конце пояснительной записки.

4 Исходные данные для выполнения курсового проекта

Для того чтобы верно решить вопрос о выборе способа охраны и типа крепи горной выработки, студент во время практики должен собрать и перед началом проектирования представить руководителю следующий фактический материал:

- выкопировка из плана горных работ, из которой были бы ясны детали принятой на шахте системы разработки;

- паспорт проведения и крепления данной выработки;

- паспорт перекрепления данной выработки, если перекрепление производится;

- геологическое описание пласта угля и вмещающих пород на 10 – 20 м от пласта в кровлю и почву с указанием крепости пород, их обводнённости и наличия геологических нарушений;

- зарисовка типичных смещений в данной выработке с указанием примерных величин смещений (выполняется на базе личных наблюдений студента);

- сведения об объёмах ремонтных работ в данной выработке (количество поддирок почвы и глубина поддирки, количество перекреплений и т.п.);

- сведения о мероприятиях по управлению массивом горных пород вокруг горной выработки.

При выполнении курсового проекта по отвлечённым данным в качестве исходных принимаются данные, указанные в бланке задания.

5 Методические указания по выполнению и оформлению отдельных разделов пояснительной записки проекта

Титульный лист пояснительной записки оформляется согласно действующим ДСТУ.

Задание на проектирование оформляется на соответствующей бланке.

Реферат содержит указания о количестве страниц, рисунков, таблиц пояснительной записки и о количестве листов графической части. Далее указывается объект исследования, цель работы, методы исследования. В тексте кратко излагаются содержание курсового проекта и полученные результаты. Ниже приводятся заглавными буквами ключевые слова (не более 15 слов или словосочетаний). Ключевые слова должны отражать основное содержание курсового проекта. Реферат не должен превышать одной страницы текста. Лист реферата снабжается рамкой и штампом установленного образца.

Оглавление составляется с учётом требований ДСТУ, снабжается рамкой и штампом установленного образца. В оглавлении должны быть указаны все разделы и подразделы, указанные в разделе 3 данных методических указаний.

Во введении следует указать, почему состояние рассматриваемой выработки на данной шахте (пласте) является узким местом и почему автор рассматривает вопрос о выборе способа охраны выработки и крепи на данном участке или пласте. В случае выполнения комплексного проекта указывается, какие разделы и чертежи выполнены каждым студентом.

5.1 Характеристика месторождения и анализ условий охраны и поддержания выработок (Раздел 1)

Раздел 1 пояснительной записки выполняется полностью на базе исходных данных, собранных студентом на шахте или приведенных в задании на курсовой проект.

5.1.1 Особенности горно-геологических условий охраны и подержания выработок (подраздел 1.1)

В подразделе 1.1 необходимо описать свойства и мощность вмещающих угольный пласт пород (согласно исходным данным), указать пределы прочности пород при сжатии, параметры угольного пласта и привести в масштабе (М 1:100) стратиграфическую колонку пород. Особое внимание следует обратить на описание обводнённости выработки и наличие геологических нарушений по длине выработки.

5.1.2 Анализ горнотехнической обстановки при отработке запасов на действующей шахте (подраздел 1.2)

В подразделе 1.2 записки следует описать принятую на шахте или указанную в задании систему разработки, привести чертёж системы разработки, где отразить проветривание, транспорт, погашение выработок, очистные и подготовительные работы. Следует в записке указать срок службы выработок. Если с течением времени система разработки менялась, то нужно указать причины, побудившие шахту принять такое решение. Существующую систему разработки следует проанализировать с точки зрения её эффективности в данных условиях.

5.1.3 Обобщение опыта охраны и поддержания горной выработки на действующей шахте. Выбор направления повышения её устойчивости (подраздел 1.3)

Подраздел 1.3 (как уже указывалось, при выполнении курсового проекта по отвлечённым данным подраздел 1.3 не выполняется) записки должен содержать сведения о расположении выработки относительно пласта и подробный анализ принятого способа охраны выработок. Следует указать точно параметры существующего способа охраны: тип и характеристику крепи выработки, размеры целиков, порядок возведения искусственных сооружений, количество и размеры отдельных элементов искусственных сооружений. Подраздел должен обязательно иллюстрироваться рисунками, поясняющими принятый способ охраны выработки, характер деформации крепи выработки и пучения пород почвы. На основании анализа шахтного способа охраны выработки намечаются возможные пути повышения её устойчивости.

Обычно повышение устойчивости выработки можно достичь следующими мероприятиями:

· увеличением сечения выработки;

· изменением типа крепи;

· установкой необходимого объёма крепей усиления;

· строгим соблюдением параметров принятого способа охраны;

· изменением способа охраны;

· применением комбинированных способов охраны;

· изменением места расположения выработки относительно пласта с целью проведения её по более прочным породам;

· изменением системы разработки с целью уменьшения срока службы выработки.

5.2 Проектирование управления состоянием массива горных пород при охране горных выработок (Раздел 2)

В разделе 2 выбираются и обосновываются методы управления массивом горных пород и способы охраны рассматриваемой подготавливающей или подготовительной выработки. При этом порядок выполнения, как правило, должен быть следующий:

1. Выбор места расположения выработки относительно пласта и вмещающих пород с учётом её назначения, технологии проведения и крепления, прочности вмещающих пород.

2. Выбор и обоснование способов охраны. Расчёт параметров средств охраны.

3. Расчёт смещений пород на контуре выработки, выбор типа крепи, плотности её установки и величины податливости без дополнительных мероприятий по повышению устойчивости выработки.

4. Выбор мероприятий, повышающих устойчивость горных выработок. Обоснование их параметров.

5. Уточнение и выбор параметров крепи с учётом дополнительных мероприятий по повышению устойчивости горной выработки.

Окончательный вопрос о выборе дополнительных мероприятий, способа и средств охраны выработки решается путём технико-экономического сравнения в разделе 3.

5.2.1 Выбор места расположения выработки относительно пласта и вмещающих пород, способа проведения. Обоснование формы и величины поперечного сечения выработки (подраздел 2.1)

В подразделе 2.1 исходя из назначения и срока службы рассматриваемой горной выработки с учётом требований ПБ, а также других нормативных документов [2-4] выбирается её расположение относительно пласта и вмещающих пород. При этом расположение выработки в шахтном варианте применяется без изменения. В качестве подварианта можно его изменить, например, вместо комбинированной подрывки вмещающих пород, принять только нижнюю и т.д. В предлагаемых вариантах расположения выработки относительно пласта может быть любым, но оно должно быть целесообразным и обоснованным. При этом необходимо учитывать следующие моменты:

1. При наличии в кровле пласта прочного известняка или песчаника мощностью более 0,6 ÷ 1 м целесообразно не трогать кровлю, предусматривать только нижнюю подрывку в выработке и принимать крепь трапециевидной формы.

2. При прохождении выработки по слоистым породам различной прочности её необходимо располагать так, чтобы слой более слабых пород располагался в боках выработки, а не в подошве (почве) или в её кровле.

3. При отработке обводнённых пластов столбами по простиранию вентиляционные штреки следует проводить вприсечку к выработанному пространству с верхней подрывкой боковых пород, а конвейерные – с нижней подрывкой.

4. При проведении выработки по более прочным породам её устойчивость выше, чем при проведении по слабым породам. Затраты на поддержание в первом случае будут меньше, но на проведение – больше, чем во втором. Что выгоднее решается путём технико-экономического сравнения.

5. Полевые выработки, как правило, необходимо располагать под пластом, а не над ним, так как надработка оказывает меньшее вредное влияние, чем подработка на полевые выработки.

6. Предварительная надработка выработок предпочтительнее последующей.

7. Для сохранения зоны разгрузки у разгрузочной лавы необходимо оставлять барьерные целики или при отработке разгрузочной лавы по её концам возводить специальные бутовые полосы. В противном случае по мере развития очистных работ, зона разгрузки исчезнет, и смещения на контуре выработки резко активизируются (возрастут).

В предлагаемых способах охраны выработок возможно изменение способа их проведения. Проведение выработок комбайнами позволяет уменьшить переборы породы, получить более ровный контур обнажения, уменьшить трещиноватость пород. Все это приводит к повышению её устойчивости по сравнению с проведением БВР. При выборе способа проведения выработки необходимо учитывать характеристику и область применения проходческих комбайнов, приведенных в приложении Б.

Величина сечения горной выработки в шахтном варианте охраны принимается указанная в бланке задания. В предлагаемых вариантах необходимо определить минимально допустимую величину с учётом рассчитанных смещений, габаритов транспортных средств и зазоров, допустимых ПБ.

Для определения минимально допустимого сечения выработки по условиям транспорта необходимо исходить из назначения выработки, типа основного и вспомогательного транспорта.

Например, в откаточном штреке в качестве основного транспорта принят ленточный конвейер, вспомогательного – рельсовый транспорт. Учитывая размеры зазоров в соответствии с требованиями ПБ, необходимо определить ширину выработки в свету крепи (рис. 5.1) по формуле

,        (5.1)

Где  – размеры зазоров в соответствии с требованиями ПБ, м;

 - ширина ленточного конвейера по наиболее выступающим частям, м;

 – ширина вагонетки, дизелевоза или контейнера монорельсовой дороги, м.

Рисунок 5.1 – Схема к определению ширины выработки.

 

Зная ширину выработки, можно определить размер поперечного сечения в свету после осадки по таблицах А.1 – А.4 приложения А (в приложении приведены ориентировочные значения сечений выработки в проходке).

При выборе типа крепи необходимо учитывать следующее. Серийно выпускаются крепи АП3 (а), КМП-А3ПС (б), АП5 (в), КШПП (г), КПО (д) (рис. 5.2).

Рисунок 5.2 – Конструкция металлической рамной крепи.

 

ДонУГИ разработаны крепи нового технического уровня КМП-А5У, КМП-А4Ц, КМП-А4Ш, КМП-К6 (рис 5.3)

Рисунок 5.3 – Крепи нового технического уровня: а) КМП-А4Ц, б) КМП-А5У, в) КМП-А4Ш, г) КМП-К6).

Крепи типа АП3, КМП-А3ПС, АП5, КШПП и КМП предназначены для выработок со сводчатым обнажением кровли, а типа КПО – с трапециевидной формой поперечного сечения при прочных породах кровли, подрывка которых нецелесообразна (известняки, песчаники).

Крепи типа АП3 и КМП-А3ПС предназначены для выработок с ожидаемыми смещениями пород кровли до 500 мм. Крепь КМП-А3ПС отличается от крепи АП3 тем, что у неё профиль элементов крепи открытой стороной направлен в сторону выработки, а также конструкцией замков (см. рис. 5.4).

Рисунок 5.4 – Соединение элементов крепи с помощью болтовых замков:

а) ЗСД; б) ЗПК; КМП-А3ПС.030; г) АП3.030.

 

Крепь АП5 предназначена для выработок с ожидаемыми вертикальными смещениями пород кровли, превышающими 400 мм.

Крепь КШПП предназначена для участковых выработок, пройденных в неустойчивых породах, с ожидаемыми вертикальными смещениями пород кровли до 300 мм, а почвы – до 500 мм.

Крепь КПО предназначена для участковых выработок при наличии в кровле пласта прочных пород, подрывать которые нецелесообразно (песчаники, известняки). При ожидаемых смещениях до 500 мм среднюю стойку можно не устанавливать, при смещениях более 500 мм – рама устанавливается в полной комплектации, т.е. со средней стойкой.

Рамы соединяются между собой металлическими стяжками длиной 500, 650, 800, 1000 и 1250 мм. При этом плотность установки крепи составляет соответственно 2; 1,5; 1,25; 1,0 и 0,8 рам/м.

Характеристики серийно выпускаемых крепей приведены в приложении А.

Крепи нового технического уровня применяются в следующих условиях.

КМП-А4Э – податливая четырёхзвенная эллипсообразная крепь для выработок со значительными вертикальными (до 700 мм) и горизонтальными (до 500 мм) смещениями пород; рабочее сопротивление 300 кН.

КМП-А5У – арочная пятизвенная удлинённая, смещения пород до
1500 мм по вертикали и 500 мм по горизонтали, рабочее сопротивление 400 кН.

КМП-А4Ц – арочная четырёхзвенная циркульная для выработок со смещениями до 1000 мм по вертикали, в том числе до 500 мм кровли; рабочее сопротивление 300 кН.

КМП-А4Ш – арочная шарнирная четырёхзвенная, податливость до
1000 мм; рабочее сопротивление 400 кН.

КМП-К6 – податливая кольцевая шестизвенная крепь, податливость до 800 мм; сопротивление 600 – 700 кН.

5.2.2 Определение физико-механических свойств горных пород и условий поддержания выработок (подраздел 2.2)

В подразделе 2.2 рассчитывается средняя прочность пород на одноосное сжатие по формуле:

,   (5.2)

где  – прочность пород кровли и почвы выработки, соответственно, МПа.

Прочность пород кровли  и почвы  рассчитываются по формуле:

,             (5.3)

где  – прочность i-того слоя породы при одноосном сжатии в куске (образце), МПа;

 - мощность данного слоя породы в пределах расчётной схемы и вдоль расчётной линии, м. При этом учитываются все слои пород и угольные пласты, пересекаемые выработкой, а также попадающие в область, ограниченную линиями, проходящими от контура выработки на расстоянии в кровле равном 1,5*В, в почве – 1,0*В и в боках – 1,0*h.
В и h – соответственно ширина и высота выработки в проходке (см. рис. 5.5).

 - коэффициент структурного ослабления горных пород, ед., принимается в зависимости от интенсивности нарушенности по таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Значение коэффициента .

Для пород с R > 30 МПа
Выход керна с расстоянием между разломами, м
Более 1,0	0,9
0,5 – 1,0	0,8
0,3 – 0,5	0,6
0,1 – 0,3	0,4
Обломки и мелочь до 0,1	0,2
Для пород с R < 30 МПа
Характеристика места расположения выработки
Вне пликативных нарушений с радиусом меньше 300 м и вне зоны дизъюнктивных нарушений на расстоянии от них более 4 нормальных амплитуд нарушений	0,9
В пликативном нарушении с радиусом меньше 300 м или в зоне влияния дизъюнктивного нарушения на расстоянии от него от 1 до 4 нормальных амплитуд нарушения	0,6
Непосредственно в дизъюнктивном нарушении на расстоянии от него до 1 нормальной амплитуды	0,3

 

При отсутствии данных по делению керна из разведочных скважин значение  принимается в указанных в таблицах пределах. При этом более прочным, монолитным породам соответствует большее значение.

Ориентировочно можно принимать значение коэффициента :

- известняк – 0,95;

- песчаник – 0,9;

- песчаный сланец – 0,8;

- глинистый сланец – 0,7;

- уголь – 0,9;

- при проведении выработки по обрушенным и уплотнённым породам, для обрушенных пород – 0,5.

 - коэффициент, учитывающий обводнённость пород. При длительном контакте пород с водой (более 5 – 10 лет: затопление выработки, перепуск по ней воды, капёж из кровли с притоком воды более 2 м³/час), ориентировочно можно принимать коэффициенты: песчаник – 0,8; песчаный сланец – 0,6; глинистый сланец – 0,5; в остальных случаях равен – 1,0.

Рисунок 5.5 – Схема к определению средневзвешенной прочности пород.

 

При расчёте прочности пород кровли учитываются слои пород и пласты угля, начиная от подошвы выработки, а при расчёте прочности почвы – начиная от кровли выработки.

Когда значения прочности кровли и почвы отличаются более чем на 30%, расчёты смещений пород кровли и почвы производят отдельно по соответствующим значениям  и . Если значения отличаются менее чем на 30%, то можно рассчитывать смещения по средневзвешенной прочности пород на контуре выработки.

В этом же подразделе определяют класс непосредственной кровли по устойчивости (таблица 5.2) и основной кровли по обрушаемости (таблица 5.3).

Таблица 5.2 – Характеристика непосредственной кровли.

Класс непосредственной кровли по устойчивости	Состав и характеристика пород непосредственной кровли
Устойчивая	Песчаники, известняки, алевролиты (R > 60 МПа). Керн с расстояниями между гладкими поверхностями без сцепления и с малой связностью более 1,0 м.
Средней устойчивости	Алевролиты и аргиллиты (R от 30 до 60 МПа). Керн с расстояниями между гладкими поверхностями без сцепления и с малой связностью от 0,5 до 1,0 м.
Неустойчивая	Слоистые трещиноватые алевролиты и аргиллиты (R < 30 МПа). Керн в виде столбиков с расстояниями между гладкими поверхностями без сцепления и с малой связностью менее 0,5 м.
Весьма неустойчивая	Тонкослоистые, сильно трещиноватые аргиллиты (R < 30 МПа). Керн в виде кусков и мелочи.

 

Таблица 5.3 – Характеристика основной кровли.

Класс основной кровли по обрушаемости	Состав и характеристика пород основной кровли
Легкообрушающаяся	Однородная кровля из слоистых аргиллитов и алевролитов общей мощностью более 6-7m (m – мощность пласта), R до 40 МПа, керн в виде столбиков и кусков с расстоянием между гладкими поверхностями без сцепления с малой связностью до 0,3 м. Слоистые глины и слабосвязанные пески
Среднеобрушающаяся	Однородная кровля из аргиллитов, алевролитов и слоистых песчаников общей мощностью более 6-7m, R от 40 до 80 МПа, керн с расстоянием между поверхностями без сцепления и с малой связностью от 0,3 до 1 м. Неоднородная кровля: над пластом мощностью до (3÷4)m залегают слоистые аргиллиты и алевролиты, а выше – алевролиты, песчаники и известняки мощностью более 2 м с R более 80 МПа, керн с расстоянием между поверхностями без сцепления и с малой связностью до 1,5 м
Труднообрушающаяся	Над пластом на расстоянии от него менее (3÷4)m залегают массивные песчаники, известняки и алевролиты общей мощностью более 2 м с R более 80 МПа. Керн с расстоянием между поверхностями без сцепления или с малой связностью более 1,5 м

 

Степень пучения пород почвы в выработках, примыкающих к очистному забою, можно ориентировочно определить по таблице 5.4 в зависимости от коэффициента пучения К_п:

         (5.4)

где  – расчётная глубина расположения выработки (в случае наклонной выработки берётся минимальное и максимальное значения), м.

Таблица 5.4 – Классификация пород почвы в участковых выработках.

Тип выработки	Значение Кп
	Непучащие	Слабо пучащие	Пучащие	Сильно пучащие
Погашаемые за лавой	до 20	20÷25	25÷30	30÷35
Поддерживаемые для повторного использования	до 15	15÷20	20÷25	более 25
Присечные	до 25	25÷30	30÷35	35÷40
Проводимые за лавой	до 30	30÷40	40÷45	Более 45

 

В случае, когда в рассматриваемых вариантах охрана горной выработки принято различное расположение относительно пласта и вмещающих пород, прочность вмещающих пород и степень пучения пород почвы определяется для каждого варианта отдельно.

5.2.3 Выбор и обоснование способов охраны горных выработок. Расчёт параметров элементов и средств охраны (подраздел 2.3)

В подразделе 2.3 исходя из намеченных путей повышения устойчивости горной выработки, выбранного места её расположения относительно пласта и вмещающих пород, с учётом прочности боковых пород, их характеристики и степени пучения пород почвы выбирают возможные способы охраны выработки и рассчитываются параметры элементов охраны.

При разработке угольных пластов следует стремиться к бесцеликовой выемке угля.

Прежде чем приступить к выбору способа охраны горной выработки и расчёту смещений, необходимо разобраться с горно-геологической и горнотехнической ситуацией.

Учёт влияния соседних пластов свиты. В зависимости от порядка отработки пластов свиты, расстояния между пластами, физико-механических свойств пород междупластья возможны следующие случаи:

- одиночный пласт;

- пласт предварительно надработан;

- пласт предварительно подработан;

- выработки пласта испытывают влияние последующей надработки;

- выработки пласта испытывают влияние последующей подработки;

- выработки пласта испытывают влияние повышенного горного давления (ПГД) от целика, оставленного на соседнем пласте.

Этот вопрос решается на основании рекомендаций ВНИМИ [4].

Пласт рассматривается одиночным, если вышележащий и нижележащий пласты находятся на расстояниях, превышающих соответственно безопасную высоту надработки – h_Б.Н и безопасную высоту подработки – h_Б.П.

Безопасная высота надработки - h_Б.Н рассчитывается по формуле:

,           (5.5)

где h’_Б.Н – табличная величина безопасной высоты надработки (принимается по таблице 5.5), м; k_кр – коэффициент, учитывающий влияние типа кровли надрабатывающего пласта (0,8 – при легкообрушаемой, 1 – при среднеобрушаемой, 1,2 – при труднообрушаемой кровлях); k’_п – коэффициент, учитывающий наличие мощных (10 ÷ 15 м) слоёв песчаника между пластами (0,8 – если слой песчаника есть, 1,0 – если песчаника нет); k’_под – коэффициент, учитывающий величину податливости крепи выработки (0,7 – если податливость ≥300 мм, 0,5 – если податливость ≥500 мм); k_зал – коэффициент, учитывающий угол залегания пластов (1,0 – если угол до 35°; 0,8 – если угол 35÷55°; 0,6 – если угол более 55°).

 

Таблица 5.5 – Табличная величина безопасной высоты надработки h’_Б.Н.

Глубина расположения выработки, Нр, м	Безопасная высота надработки, м, при сопротивлении пород сжатию на контуре выработки, Rс, МПа
	≤20	30	40	50	60	80	100	120	≥120
до 200	70	60	50	45	40	40	35	3	30
300	80	70	60	55	50	45	40	35	30
400	90	80	70	65	60	55	45	40	35
500	100	90	80	75	65	55	50	40	35
600	110	100	90	80	70	60	55	45	40
800	115	105	95	85	75	65	60	50	40
1000	120	110	100	90	80	70	65	55	45
1200	125	115	105	95	85	75	65	60	45
1500	130	120	110	100	90	80	70	60	50

 

Безопасная высота подработки - h_Б.П рассчитывается по формуле:

,      (5.6)

где h’_Б.П – табличная величина безопасной высоты подработки, м (таблица 5.6);

k”_п – коэффициент, учитывающий наличие мощных (10 – 15 м) слоёв песчаника между пластами (0,8 – если песчаник есть, 1,0 – если нет);

k_тп – коэффициент влияния мощности подрабатывающего пласта. Принимается по таблице 20 [4] или рассчитывается по формуле:

.              (5.7)

Пласт рассматривается надработанным или подработанным, если вышележащий и нижележащий пласты находятся на расстоянии меньше, чем соответственно h_Б.Н и h_Б.П и если горные работы на них опережают работы на рассматриваемом пласте (предварительная надработка или подработка) или если горные работы на них отставая от горных работ на рассматриваемом пласте, тем не менее проводятся над или под выработками рассматриваемого пласта (последующая надработка или подработка выработки).

Таблица 5.6 – Табличная величина безопасной высоты подработки h’_Б.П.

Глубина расположения выработки, Нр, м	Безопасная высота подработки, м, при сопротивлении пород сжатию на контуре выработки, Rс, МПа
	≤20	30	40	50	60	80	100	120	≥120
до 200	90	80	75	70	65	60	55	50	50
300	100	90	80	75	70	65	60	55	50
400	110	100	90	85	75	70	65	60	55
500	120	110	100	95	80	75	70	65	55
600	135	120	110	105	90	80	75	70	60
800	145	135	125	115	100	85	80	70	60
1000	160	150	140	130	110	90	85	75	65
1200	170	160	150	135	120	100	85	80	70
1500	180	170	160	140	130	110	90	80	70

 

Выработки рассматриваемого пласта испытывают влияние ПГД от целиков, оставленных на нижележащем или вышележащем пластах в том случае, если эти пласты находятся на расстояниях меньших, чем h_Б.Н и h_Б.П и если размер целика равен или больше расчётной величины ширины целика В_р.

Степень влияния оставленных целиков на выработку рассматриваемого пласта определяется коэффициентом, учитывающим увеличение смещений за счёт концентрации напряжений в зонах опорного давления.

Величина этого коэффициента определяется графически (рисунок 5.6) в зависимости от соотношения между шириной оставленного целика В и шириной зоны опорного давления L_оп, которая рассчитывается по формуле:

,            (5.8)

где L’_оп – табличная величина ширины зоны опорного давления на пласте, где оставлен целик, (принимается по таблице 5.7) м.

Расчётная минимальная ширина целика В_р, который, не разрушаясь, сохраняет несущую способность, рассчитывается по формуле:

,        (5.9)

где k”_под – коэффициент, учитывающий величину податливости крепи выработки, (1,0 – если податливость <300мм; 0,75 – если податливость ≥300мм; 0,65 – если податливость ≥500мм).

Таблица 5.7 – Табличная величина ширины зоны опорного давления L’_оп.

Глубина расположения выработки, Нр, м	Ширина зоны опорного давления, м, при сопротивлении пород сжатию на контуре выработки, расположенной в целике, Rс, МПа
	≤20	30	40	50	60	80	100	120	≥120
до 200	70	55	45	40	35	30	30	30	30
300	85	65	55	45	40	35	35	35	35
400	100	80	65	50	45	40	40	40	40
500	110	90	75	60	50	45	45	45	45
600	120	100	85	70	60	50	50	50	50
800	125	110	95	80	70	65	60	60	55
1000	130	120	105	90	80	70	65	60	55
1200	140	130	115	100	90	80	75	70	60
1500	150	140	130	115	100	90	80	70	60

 

Рисунок 5.6 – Схемы для определения : а – для условий ; б – для условий .

При определении  поступают следующим образом:

- зная ширину целика , оставленного на близлежащем пласте, сравнивают её с величинами  или  и  и выбирают рисунок – а или б;

- используя ранее определённые величины , , , ,  и , строят в масштабе, соблюдая предложенную конфигурацию, схему выбранного типа;

- зная местоположение рассматриваемой выработки относительно кромки целика, наносят её на полученный рисунок и определяют величину .

Например, для выработки, нанесённой на рис. 5.6 ,а - , а на рис. 5.6 б - .

Для построения рисунка 5.6 следует знать безопасное расстояние, в плоскости пласта, от проекции кромки целика на близлежащем пласте до рассматриваемой выработки. В случае расположения целиков выше выработки это расстояние обозначают l_н и ниже l_п.

Указания ВНИМИ рекомендуют выбирать эти расстояния следующим образом: по таблице 5.9, а , но не менее 50 м (l_ш – шаг обрушения основной кровли на рассматриваемом пласте, м; h_п – расстояние до нижележащего целика по нормали, м).

5.2.3.1 Выбор способа охраны подготавливающих (капитальных) выработок.

Расположение подготавливающих (капитальных) выработок относительно очистных работ следует принимать таким образом, чтобы обеспечить безремонтное рабочее состояние при условии закрепления их незамкнутой крепью без или с применением дополнительных мероприятий по уменьшению смещений пород на контуре выработки.

Проведение капитальных выработок по пласту допускается только в том случае, если пласты не опасны по выбросам угля и газа, взрывам угольной пыли, горным ударам и самовозгоранию угля.

При проведении капитальных выработок полевыми, их место расположения выбирают в более прочных породах на расстоянии не более 40 – 50 м от пласта.

По возможности для обеспечения благоприятных условий поддержания капитальные выработки следует располагать в зоне предварительной разгрузки. При этом расстояние от выработки до отработанного вышележащего пласта должно быть не менее 5 м, а до нижележащего не менее 6m.

Рекомендации по выбору способа охраны подготавливающих выработок представлены в таблице 5.8.

Таблица 5.8 – Способы охраны подготавливающих (капитальных) выработок.

Способ охраны	Рисунок, № выработки	Рекомендуемые условия применения
		Глубина работ, м	Мощность и характеристика пласта, м	Характеристика кровли и почвы пласта, другие условия
Проведение в массиве узким ходом с последующей охраной угольными целиками	Рис. 5.7, 1к	до 500 м	любые	любые
Проведение в массиве широким ходом с разгрузочными полосами и последующей охраной их угольными целиками	Рис. 5.7, 2к	более 600 м	до 1,0 ÷ 1,2 м, max 1,5 м	Мощность непосредственной кровли до 3 м, основная кровля - трудно обрушающаяся. Почва пучащая и сильно пучащая, мощностью до 5 м, основная почва
Проведение выработок широким ходом и охраной бутовыми полосами	Рис. 5.8, 3к	более 600 м	до 1,0 ÷ 1,2 м невысокая газообильность	Пучащая и сильно пучащая почва. Породы не обводнены.
Проведение в выработанном пространстве (по обрушенным и уплотнённым породам)	Рис. 5.8, 4к	любая	до 1,2 ÷ 1,5 м	Слеживающиеся породы* непосредственной кровли , m ≥ 5 м. Породы кровли не обводнены. Любая почва.
Проведение в почве пласта и охрана полосой угля	Рис. 5.9, 5к	любая	любая	Прочные породы почвы пласта.
Проведение в зоне разгрузки под или над выработанным пространством	Рис. 5.9, 6к	любая	любая	При углах падения до 10÷12°, при диагональном расположении забоя до 18÷20°
Проведение полевых выработок с последующей их над- или подработкой	Рис. 5.10, 7к	любая	любая	При углах падения до 10÷12°, при диагональном расположении забоя до 18÷20°
Проведение полевых выработок с комбинированной надработкой	Рис. 5.10, 8к	любая	любая	При углах падения более 20°

* К слеживающимся породам относятся породы с высоким содержанием глинистых частиц, которые после их обрушения при естественной влажности или после искусственного увлажнения под действием вышележащей толщи пород с течением времени способны уплотнятся приобретать связность между кусками, так что в выработках они могут допускать устойчивые обнажения кровли, необходимые при современных средствах крепления и механизации горных работ. Наиболее склонными к слёживанию являются аргиллиты и глинистые сланцы с естественной влажностью не менее 10%.

Рисунок 5.7 – Способы охраны подготавливающих (капитальных) выработок.

Рисунок 5.8 – Способы охраны подготавливающих (капитальных) выработок (продолжение).

Рисунок 5.9 – Способы охраны подготавливающих (капитальных) выработок (продолжение).

Рисунок 5.10 – Способы охраны подготавливающих (капитальных) выработок (продолжение).

При охране пластовых выработок, проводимых узким ходом, целиками (рис.5.7, выр. 1к), размер охранного угольного целика принимается  в зависимости от направления подвигания очистного забоя, при применении дополнительных мероприятий по уменьшению смещений пород на контуре выработки допускается уменьшать размер целика, но не более чем в 2 раза [4].

Длина зоны влияния опорного давления определяется по формуле:

,      (5.10)

где m – мощность разрабатываемого пласта, м;

    f – коэффициент крепости пород на контуре выработки;

    n – коэффициент, характеризующий обрушаемость пород основной кровли (0,6 – легкообрушаемая; 0,8 – среднеобрушаемая; 1,0 – труднообрушаемая кровля).

При проведении выработок в массиве широким ходом с разгрузочными полосами и последующей их охраной угольными целиками (рис.5.7, выр. 2к) ширину разгрузочных полос принимают равной 2 мощностям непосредственной почвы, а ширину угольных целиков – 20m, но не более 40 м. Выработки располагаются в зоне разгрузки. Отставание забоев выработок от забоя лавы в зависимости от применяемой механизации: 5, 8 или 11 м. Забои выработок находятся в зоне активных сдвижений подработанной толщи пород, поэтому необходимо применять крепи с большой податливостью. Расстояние между выработками должно быть не менее 30 – 40 м.

При проведении капитальных выработок широким ходом с охраной бутовыми полосами (рис.5.8, выр. 3к), ширину бутовых полос следует принимать не менее 12m.

Проведение выработок в выработанном пространстве (по обрушенным и уплотнённым породам) (рис.5.8, выр. 4к). С точки зрения проведения и охраны выработок этот способ аналогичен охране полевых выработок, но при нем значительно проще сопряжение выработок, схема транспорта и проветривания, т.к. все выработки находятся в плоскости пласта. Выработки располагаются в разгруженной зоне пород кровли пласта. Они должны проводится в зоне завершившихся сдвижений подработанной тощи горных пород, в противном случае будут иметь место большие деформации крепи. Отставание забоев выработок от забоя лавы должно быть при этом (0,6 ÷ 0,8) длины лавы.

Во избежание попадания выработок в зону активизации сдвижений ранее подработанной толщи горных пород при отработке смежных лав они должны располагаться от кромки выработанного пространства на расстоянии не менее 15 ÷ 20 м.

Как показывает опыт работы шахт, при проведении выработок с отставанием от забоя разгрузочной лавы сдвижения обрушенных и уплотнённых пород на контуре выработок в 2 ÷ 5 раз меньше, чем при охране бутовыми полосами, практически исключается пучение почвы.

 

При проведении подготавливающих выработок в почве пласта и охране их полосой угля (рис.5.9, выр. 5к) шириной более длины лавы, повышения их устойчивости можно достичь только при расположении в более прочных породах. Размер целиков определяется так же, как и при охране пластовых выработок целиками угля. Размер оставляемой полосы угля принимают . Для уменьшения потерь угля, оставляемая полоса извлекается при погашении подготавливающих выработок (при этом все выработки должны располагаться под оставленной полосой, чтобы избежать частого монтажа-демонтажа оборудования). Выработки располагаются на расстоянии от пласта 10 ÷ 40 м.

 

Различают последующую и предварительную надработку выработок. Предварительная надработка предпочтительней, т.к. выработки не испытывают вредного влияния опорного давления, разгрузочной лавы.

Проведение полевых выработок в зоне разгрузки под выработанным пространством (предварительная надработка) (рис.5.9, выр. 6к) применяется на действующих шахтах при подготовке новых панелей, блоков, выемочных ступеней шахтного поля. Расстояние от пласта до выработок должно быть не менее 5 м. Отставание забоя выработок от забоя разгрузочной лавы , в противном случае в них будет наблюдаться интенсивное пучение почвы.

В этом случае необходимо сохранять зону разгрузки:

· оставление барьерных целиков  (на практике принимают 60 ÷ 120 м);

· возведение плотных бутовых полос (полосы шириной 30 ÷ 60 м, возводятся с помощью пневмозакладочных установок и оставляют технологические целики м). (бутовые полосы принимаются при мощности пласта до 1,0 ÷ 1,2 м).

Проведение полевых выработок с последующей их надработкой (рис.5.10, выр. 7к), применяется после сдачи новых шахт в эксплуатацию. Выработки необходимо располагать так чтобы, после отработки участка, они находились под выработанным пространством на расстоянии не менее  от его границ (при углах падения до 55°).

При этом полевые выработки располагаются на расстоянии от пласта не менее указанного в таблице 5.10.

Для уменьшения деформации крепи в надрабатываемых выработках рекомендуется устанавливать крепь усиления, принимать максимально возможную скорость отработки разгрузочной лавы и минимальную её длину.

Таблица 5.9 – Значение  при последующей надработке выработок.

Расчётная глубина расположения выработки, Н, м	Расчётное сопротивление пород сжатию, R с, МПа	Расстояние от выработки до кромки пласта (по напластованию)  при расстоянии от надрабатывающего пласта до выработки (по нормали), м
		10	20	30	50	70	100
	до 40	20	20	25	20	15	10
300	40 ÷ 60	15	15	20	15	10	5
	более 60	10	10	15	10	5	5
	до 40	20	25	30	25	20	15
600	40 ÷ 60	20	20	25	20	15	10
	более 60	15	15	15	10	10	5
	до 40	25	30	30	25	20	15
900	40 ÷ 60	25	25	25	20	15	10
	более 60	25	25	20	15	10	5
	до 40	30	35	35	30	25	20
1200	40 ÷ 60	30	20	25	20	15	10
	более 60	25	25	20	15	10	5
	до 40	35	40	40	35	30	25
1500	40 ÷ 60	30	30	30	25	20	15
	более 60	25	25	25	20	15	10

 

Таблица 5.10 – Минимальная глубина расположения полевых выработок при их последующей надработке.

Глубина расположения выработки H, м	Минимальная глубина (м) заложения выработки под надрабатывающим пластом при сопротивлении пород сжатию R, МПа
	До 40	40÷60	Более 60
300	15	10	10
600	20	15	10
900	25	20	15
1200	30	25	20
1500	35	30	25

 

Надработка наклонных выработок разгрузочной лавой по падению (восстанию) возможна при углах залегания пласта до 10÷12°, при больших углах залегания возможна лишь надработка лавой по простиранию. В этом случае сохранение зоны разгрузки возможно лишь барьерными целиками угля.

Длина разгрузочной лавы принимается 100 ÷ 150 м при надработке одной выработки и 150 ÷ 200 м при надработке двух-трёх выработок.

При комбинированной надработке наклонных выработок (рис.5.10, выр. 8к) для уменьшения вредного влияния последующей надработки до отметки откаточного штрека, проводят одну, ближайшую к лаве, наклонную выработку, производят отработку разгрузочной лавы, а затем уже в зоне разгрузки проводят оставшиеся наклонные выработки.

5.2.3.2 Расчёт смещений пород кровли и почвы в подготавливающих (капитальных) выработках (подраздел 2.4)

Смещения контура выработки зависят от принятого способа охраны.

Ниже даны формулы для расчёта смещений контура выработки в зависимости от выбранного способа охраны и свойств горных пород.

Расчёт смещений при охране выработки проведением её пластовой и охраной целиками более , или в почве пласта и охраной полосой угля. Расчётные формулы сведены в табл. 5.11.

Таблица 5.11 - Формулы для расчёта смещений в выработках, охраняемых в нетронутом массиве (тип выработки 1к, рис. 5.7; 5к, рис. 5.9).

Степень влияния соседних пластов свиты	Формулы расчёта смещений кровли  и почвы  выработки
Одиночный пласт
Предварительная надработка
Предварительная подработка	То же, что и для одиночного пласта
Последующая надработка*
Последующая подработка*
Влияние целиков на соседнем пласте

 

 

Расчёт смещений в пластовых выработках, охраняемых целиками, меньшими . Расчётные формулы сведены в табл. 5.12.

Таблица 5.12 - Формулы расчёта смещений в пластовых выработках, охраняемых целиками, меньшими  (тип выработки 1к, рис. 5.7).

Степень влияния соседних пластов свиты	Формулы расчёта смещений кровли  и почвы  выработки
Одиночный пласт
Предварительная надработка
Предварительная подработка	То же, что и для одиночного пласта
Последующая надработка
Последующая подработка
Влияние целиков на соседнем пласте

Расчёт смещений в пластовых выработках, охраняемых разгрузочными полосами при проведении с двухсторонней раскоской и целиками. Расчётные формулы сведены в табл. 5.13.

Таблица 5.13 - Формулы расчёта смещений в пластовых выработках, охраняемых разгрузочными полосами и целиками (тип выработки 2к, рис. 5.7).

Степень влияния соседних пластов свиты	Формулы расчёта смещений кровли  и почвы  выработки
Одиночный пласт
Предварительная надработка
Предварительная подработка	То же, что и для одиночного пласта
Последующая надработка
Последующая подработка
Влияние целиков на соседнем пласте

Расчёт смещений в пластовых выработках, охраняемых бутовыми полосами. Расчётные формулы сведены в табл. 5.14.

Таблица 5.14 - Формулы расчёта смещений в пластовых выработках, охраняемых бутовыми полосами (тип выработки 3к, рис. 5.8).

Степень влияния соседних пластов свиты	Формулы расчёта смещений кровли  и почвы  выработки
Одиночный пласт
Предварительная надработка
Предварительная подработка	То же, что и для одиночного пласта
Последующая надработка
Последующая подработка
Влияние целиков на соседнем пласте

Расчёт смещений в выработках, проведённых по выработанному пространству (по обрушенным и уплотнённым породам). Расчётные формулы сведены в табл. 5.15.

Таблица 5.15 - Формулы расчёта смещений в выработках, проведённых по выработанному пространству (по обрушенным и уплотнённым породам)
(тип выработки 4к, рис. 5.8).

Степень влияния соседних пластов свиты	Формулы расчёта смещений кровли  и почвы  выработки
Одиночный пласт
Предварительная надработка
Предварительная подработка	То же, что и для одиночного пласта
Последующая надработка
Последующая подработка
Влияние целиков на соседнем пласте

Расчёт смещений в подготавливающей выработке, проводимой в зоне разгрузки. Расчётные формулы сведены в табл. 5.16.

Таблица 5.16 - Формулы расчёта смещений в полевых выработках, охраняемых с помощью разгрузочной лавы (тип выработки 6к, рис. 5.9).

Степень влияния соседних пластов свиты	Формулы расчёта смещений кровли  и почвы  выработки
Одиночный пласт
Предварительная надработка
Предварительная подработка	То же, что и для одиночного пласта
Последующая надработка
Последующая подработка
Влияние целиков на соседнем пласте

Примечание: в том случае, если имеются ещё последующие надработки или подработки выработки, то их влияние учитывается таким образом, что для каждой дополнительной надработки или подработки рассчитываются параметры , , , , , , ,  и уменьшенные в 1,5 раза добавляются в скобки соответствующих формул.

 

В формулы таблиц 5.11 – 5.16 входят следующие параметры (далее используются разработки ВНИМИ [4] и ряд формул, вычисленных для номограмм, разработанных ВНИМИ):

 - коэффициент влияния угла залегания пород и направления проходки выработки. Для выработок, проведённых по простиранию или по падению пород: при  - , при  -  при

.     (5.11)

Для выработок, проведённых вкрест простирания пород:  - , при  - , при

.      (5.12)

 - коэффициент влияния размера выработки.

,            (5.13)

 - ширина выработки вчерне, м.

 - коэффициент воздействия других выработок. Для одиночной выработки , для параллельных выработок

,            (5.14)

 - соответственно ширина каждой из параллельных выработок, м;

 - расстояние между боками выработок, м;

 - коэффициент, определяемый по табл. 5.17.

Для наклонных выработок значения  принимают как для горизонтальных выработок, пройденных по простиранию.

Таблица 5.17 - Значение коэффициента  для горизонтальных выработок.

Глубина расположения выработки , м	Коэффициент (  при сопротивлении пород сжатию, МПа)
	для выработок по простиранию				для выработок вкрест простирания
	30	60	90	120	30	60	90	120
До 300	3,5/2	1,8/1,6	1,5/1,3	1,2/1	1,8	1,5	1,2	1
300÷600	4/2,5	2,/1,8	1,7/1,5	1,4/1,2	2,2	1,8	1,5	1,2
600÷900	4,5/3	2,5/2,1	2/1,7	1,6/1,4	2,6	2,1	1,7	1,4
900÷1200	5/3,5	3,5/3	2,5/2	1,8/1,6	3	2,5	2	1,5
Более 1200	5,5/4	4/3,5	3/2,3	2/1,8	3,4	2,9	2,4	1,7

 

 - коэффициент влияния времени на смещения пород. При , при  принимается по рис. 4 [4] или по формуле*

, но          (5.15)

*   Здесь и далее приведены формулы, полученные Малышевой Н.Н. путём аппроксимации номограмм и таблиц, приведенных в Указаниях ВНИМИ.

,  - типовое смещение пород соответственно кровли и почвы выработки, мм. Определяются по рис. 3 [4] или по формуле

,           (5.16)

где для расчёта  используют вместо R величину сопротивления сжатию пород кровли выработки  и для расчёта  - .

,  - смещения соответственно кровли и почвы в выработке, расположенной в зоне влияния временного опорного давления надрабатывающей лавы, мм. Определяется по рис. 14 [4] или по формулам

при ,  (5.17)

при , (5.18)

 - расстояние от выработки до надрабатывающего пласта, м.

,  - скорость смещения кровли и почвы в выработке после надработки, мм/мес. Определяется по рис. 15 [4] или по формуле

,             (5.19)

 - коэффициент влияния времени поддержания выработки после надработки или подработки. Определяется по табл. 29 [4] или по формуле

,     (5.20)

где  - время поддержания выработки после надработки или подработки, лет.

 - коэффициент, учитывающий литологический состав пород между выработкой и подрабатывающим пластом. При содержании песчаников и известняков до 50% - , при 51÷75% - , при 76÷100% - .

,  - смещения пород кровли и почвы выработки в зоне влияния временного опорного давления подрабатывающей лавы, мм. Определяется по номограмме 16 [4], представленной на рисунке 5.11.

 - коэффициент влияния времени поддержания после образования охранного целика ( , лет). Определяется по табл. 29 [4] или по формуле

,   (5.21)

,  - смещения кровли и почвы выработки, охраняемой целиками в зоне влияния очистных работ собственного пласта, мм. Определяются по рис. 18 [4] или по формуле

,             (5.22)

где  - ширина целика, м.

   - коэффициент, учитывающий влияние бутовых полос. Определяется по рис. 19 [4] или по формуле

,           (5.23)

   - коэффициент, учитывающий уменьшение смещений за счёт снижения напряжений в массиве под разгрузочной лавой. Определяется по табл. 31 [4] или по формуле

            (5.24)

где  - расстояние от выработки до пласта, где проведена разгрузочная лава, м;

   - длина разгрузочной лавы, м.

 

Рисунок 5.11 – Номограмма для определения смещений пород при подработке выработок.

 

5.2.3.3 Выбор способа охраны подготовительных (участковых) выработок, примыкающих к очистному забою.

При выборе способа охраны подготовительных (участковых) выработок (таблица 5.18), необходимо стремиться к обеспечению безремонтного поддержания в течение всего срока их службы за счёт различных мероприятий по снижению смещений пород на контуре выработки.

Таблица 5.18 – Способы охраны участковых выработок.

Способ охраны	Рисунок, № выработки	Рекомендуемые условия применения
		Мощность и характеристика пласта, м	Характеристика кровли	Характеристика почвы
Проведение выработки в массиве угля с погашением за очистным забоем	рис. 5.12, 1у, 2у (b>60м), рис. 5.14, 7у	до 3,5 м	труднообрушаемая	пучащая
Проведение выработки в массиве угля с поддержанием за очистным забоем для повторного использования	рис. 5.12, 3у, 3’у	до 3,5 м	легко- и среднеобрушаемая	малопучащая
Проведение выработки вприсечку к выработанному пространству с погашением за очистным забоем	рис. 5.13, 4у	до 3,5 м	труднообрушаемая	пучащая
Проведение спаренных выработок разделённых временным целиком угля	рис. 5.13, 1’у (b<60 м)	высокогазоносные пласты, мощностью до 3,5 м
Проведение спаренных выработок разделённых породной полосой	рис. 5.13, 5у, 6у	до 1,0 ÷ 1,2 м	Любая	любая
Проведение выработки позади очистного забоя (или с небольшим опережением) с поддержанием в выработанном пространстве	рис. 5.15, 8у, 14у рис. 5.16, 9у, 10у, 11у, 12у рис. 5.17, 13у – 15у	до 1,5 м	любая	сильнопучащая

При выборе способа охраны выработок в первую очередь необходимо оценить возможность применения способа охраны с повторным использованием выработки даже в неблагоприятных условиях с применением дополнительных мероприятий по уменьшению смещений.

Рисунок 5.12 – Способы охраны участковых выработок.

Рисунок 5.13 – Способы охраны участковых выработок (продолжение).

Рисунок 5.14 – Способы охраны участковых выработок (продолжение).

Рисунок 5.15 – Способы охраны участковых выработок (продолжение).

Рисунок 5.16 – Способы охраны участковых выработок (продолжение).

Рисунок 5.17 – Способы охраны участковых выработок (продолжение).

 

Охрана подготовительных (участковых) выработок проведением в массиве угля или пород с погашением за очистным забоем (рисунок 5.12, выр. 1у, 2у) применяется при возвратноточной схеме проветривания выемочного участка преимущественно в тяжёлых горно-геологических условиях на больших глубинах при труднообрушающихся породах кровли и пучащих породах почвы, при пластичных глинистых породах.

Охрана подготовительных (участковых) выработок целиками угля (выр.1у) имеет место при любой системе разработки при оставлении межлавных целиков, при проведении спаренных выработок по пласту угля, при проведении штреков (ходков) с просеком. Размер целика определяется по формулам:

для каменного угля          , м;               (5.25)

для антрацита         , м,      (5.26)

где m – мощность разрабатываемого пласта, м;

    Н – глубина расположения выработки, м.

Охрана выработок целиками угля допускается при отработке не сближенных (одиночных) пластов, не опасных по горным ударам и внезапным выбросам угля и газа, на пластах не склонных к самовозгоранию.

 

Охрана подготовительных (участковых) выработок проведением в массиве угля или пород с поддержанием за очистным забоем (рисунок 5.12, выр. 3у, 3’у) применяется при прямоточной схеме проветривания выемочного участка преимущественно на высокогазоносных пластах с устойчивыми, среднеустойчивыми вмещающими породами.

 

Охрана подготовительных (участковых) выработок проведением вприсечку (рисунок 5.13, выр. 4у) к выработанному пространству применяется при столбовой системе разработки на пластах с любыми вмещающими породами по устойчивости.

Существует три схемы присечки [4]:

 - Схема А – полная присечка к погашенной выработки или, по возможности, с частичным сохранением старой выработки. Применяется при легкообрушающейся и быстрослёживающейся кровле на глубине до 600 м;

 - Схема Б – присечка с оставлением полосы угля шириной 2 ÷ 4 м. Допускается применение данной схемы на пожароопасных пластах при осуществлении мер по предотвращению возгорания угля в соответствии с инструкциями;

 - Схема В – присечка к изолирующей полосе, создаваемой при отработке предыдущего столба. Применяется на пожароопасных столбах. Изолирующая полоса создаётся в раскоске шириной 1 ÷ 2 м. В раскоске размещают чураковую стенку промазываемую глиной, или закладку из породы, в которую нагнетают раствор из вяжущих материалов или быстротвердеющий материал.

Известно, что чем прочнее породы, тем длительнее процесс сдвижения подработанной толщи горных пород. Поэтому при определении отставания следует пользоваться рекомендациями ВНИМИ [4], приведёнными в таблице 5.19.

Таблица 5.19 – Параметры охраны присечной выработки

Параметры	Значение параметров при кровлях
	Легко-обрушающихся	Средне-обрушающихся	Трудно-обрушающихся
Требуемое отставание (м) забоя проводимой выработки от движущегося очистного забоя при глубине ее заложения (м): менее 300 300÷600 более 600	90 120 150	120 150 180	180 210 250
Необходимый разрыв во времени (мес.) между отработкой лавы и проведением выработки на непожароопасных пластах при глубине заложения (м): менее 600 более 600	3 4	5 6	8 10
То же на пожароопасных пластах	Согласно бассейновым «Инструкциям по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров

 

При наличии фланговой выработки проведение присечной выработки производится с неё, а при её отсутствии – с наклонных выработок или магистральных штреков. При этом отработка лав осуществляется через столб.

В результате раздавливания оставляемого целика угля шириной 2 ÷ 4 м максимум опорного давления смещается в сторону массива угля, величина напряжений в породах, вмещающих присечную выработку, снижается. Это приводит к уменьшению деформаций крепи выработки и к повышению её устойчивости.

 

Охрана и поддержание спаренных выработок, разделённых временным целиком угля (рисунок 5.13, выр. 1у), применяется преимущественно на высокогазоносных пластах. На пластах тонких и средней мощности ширину временного целика, оставляемого между спаренными выработками, при глубине 200 ÷ 300 с принимают не менее 20 м, при глубине 300 ÷ 600 м – не менее 30 м, при глубине более 600 м – не менее 40 м. При извлечении временного целика угля для обеспечения условий проветривания необходимо проводить по пласту угля на границе с выработанным пространством ранее отработанного столба присечную выработку. На практике извлечь временные целики практически невозможно.

 

Охрана и поддержание спаренных выработок разделённых породной полосой (рисунок 5.13, выр. 5у, 6у) применяется на тонких пластах с кровлей любой категории по обрушаемости и почвой любой степени пучения. Расстояние между спаренными выработками и ширина разгрузочной полосы принимается не менее 20 м при глубине разработки до 300 м, не менее 30 м при глубине 300 ÷ 600 м, не менее 40 м при глубине более 600 м.

 

Охрана и поддержание выработок, проводимых позади очистного забоя с поддержанием в выработанном пространстве (рисунок 5.15, выр. 8у, 14у, рисунок 5.16, выр. 9у, 10у, 11у, 12у, рисунок 5.17, выр. 13у, 14у, 15у), применяется на пластах с сильно пучащей почвой. Существует три схемы расположения:

 - на границе с массивом угля (выр.8у, 9у, 10у, 11у, 12у, 13у);

 - в выработанном пространстве на расстоянии, равном или более ширины бутовой полосы от массива угля или границы отработанного выемочного столба (выр.15у – средний штрек);

 - вприсечку к выработанному пространству ранее отработанного выемочного столба (выр.14у).

 

Охрана подготовительных (участковых) выработок проведением за очистным забоем с двухсторонними бутовыми полосами (рисунок 5.15, выр. 8у) применяется при сплошной системе разработки «лава – штрек» при неустойчивых вмещающих породах, в том числе при пучащих и сильно пучащих породах почвы.

 

Охрана подготовительных (участковых) выработок проведением за очистным забоем с двухсторонними двойными бутовыми полосами применяется при прямоточной схеме проветривания независимо от устойчивости вмещающих пород (см. рисунок 29в [4]).

 

Охрана подготовительных (участковых) выработок проведением в предварительно надработанной толще горных пород применяется при неустойчивых породах кровли и почвы пласта, мощность которого превышает 1,5 м, а также при отработке нескольких сближенных пластов. ДонУГИ [5] рекомендует принимать расстояние от полевых выработок до надрабатывающего пласта по нормали - h_р - от 7 до 15 м, до проекции границы очистных работ по восстанию а не менее 40 м, по падению – в – не менее 30 м и до проекции разгрузочной лавы – с – не менее 35 м. Следует отметить, что при таком отставании от проекции разгрузочной лавы забои полевых выработок попадут в не до конца сформировавшуюся зону разгрузки. Породы почвы пласта будут подниматься в сторону выработанного пространства, а по мере удаления забоя разгрузочной лавы – опускаться. Во избежание пучения пород почвы в полевых выработках их забои должны отставать от проекции разгрузочной лавы на (0,6 ÷ 0,8) длины разгрузочной лавы.

Последующая надработка подготовительных (участковых) выработок применяется в сложных горно-геологических условиях, в случае несвоевременной реализации предварительной надработки и неудовлетворительного состояния подготовительных выработок. ДонУГИ рекомендует следующие параметры последующей надработки [5]: расстояние от полевой выработки до проекции границы выработанного пространства – в – не менее 30 м, расстояние от полевой выработки до надрабатывающего пласта по нормали h_р – от 7 до 15 м. Известно, что при последующей надработке над полевыми выработками «прокатывается» волна опорного давления; в породах, вмещающих полевые выработки, как правило, будет III тип напряжённо-деформированного состояния. При нем размер зоны неупругих деформаций (трещиноватости) достигает 9 м, в отдельных случаях – 15 м. Для того, чтобы трещины, находящиеся вокруг полевых выработок, не дошли до плоскости надрабатывающего пласта и не усугубили состояние надрабатываемых выработок за счёт проникновения воды из выработанного пространства разгрузочной лавы и возможного выдавливания отдельных блоков породы опорным давлением в выработки, необходимо принимать h_р в соответствии с таблицей 5.10, рекомендуемой ВНИМИ [4]

 

При выборе средств охраны участковых подготовительных выработок ДонУГИ [5] рекомендует исходить из следующего.

Охрана целиками угля разрешается только при разработке одиночных пластов, не опасных по горным ударам, внезапным выбросам угля и газа, а также на участках с тектоническими нарушениями, где невозможно обеспечить безопасность работ без оставления целиков угля.

Ширина бутовой полосы, возводимой со стороны очистных работ, для охраны участковой подготовительной выработки, проводимой за лавой на границе с массивом, должна быть не менее 8m (мощностей) отрабатываемого пласта, но не менее 5 м.

Для обеспечения безопасности работ на участке погашения длинной до 5 м за очистным забоем выработку необходимо охранять одним рядом костров.

Спаренные выработки необходимо проводить на расстоянии от 30 до 35 м одна от другой и охранять их бутовыми полосами.

Участковые подготовительные выработки, проводимые за очистным забоем широким ходом, необходимо охранять двухсторонними бутовыми полосами, каждая из которых должна быть шириной не менее 8m разрабатываемого пласта.

В случае проведения участковых подготовительных выработок по сплошному выработанному пространству необходимо применять двухсторонние двойные бутовые полосы (см. рис. 29в [4]). При этом ширина бутовых полос, возводимых непосредственно возле выработки, должна быть (2÷3)m, а удалённо-опорных – (6÷8)m. Между этими бутовыми полосами остаётся свободное пространство шириной 4 – 5 м, в котором необходимо производить подрывку неустойчивых пород почвы или кровли на глубину не менее 1 м без уборки породы.

В случае применения искусственных сооружений более податливые из них (костры, чураковые стенки) необходимо возводить на расстоянии 0,5 ÷ 0,7м от выработки, а более жёсткие (бутокостры, кустокостры, железобетонные тумбы, органные ряды) – за податливыми конструкциями со стороны выработанного пространства. При любом искусственном сооружении со стороны выработанного пространства устанавливается ряд обрезной органки.

Длина деревянных стоек, применяемых для возведения костров и чураковых перемычек, принимается (1,0÷1,2)m.

При выборе средств охраны повторно используемых выработок целесообразно пользоваться рекомендациями ВНИМИ [4], приведёнными в таблице 5.20.

При слабых вмещающих породах рекомендуется применять податливые сооружения – бутовые полосы или костры.

Таблица 5.20 – Область применения охранных сооружений при поддержании выработки за очистным забоем.

Вид искусственного сооружения	Мощн. пласта, м	Угол падения пласта, град	Свойства кровли		Прочность пород почвы на одноосное сжатие, МПа
			Непосред-ственной	Основной
Литые полосы из быстротвердеющего материала	До 2,5	До 35   До 18	Неустойчивая и средней устойчивости Устойчивая	Любой обрушаемости	Более 30
Литые полосы в сочетании с отсечным торпедированием	До 2,5	До 18	Устойчивая и средней устойчивости	Трудно-обрушающаяся	Более 30
Тумбы из железобетонных блоков с деревянными прокладками	До 1,5	До 18	Неустойчивая и средней устойчивости	Легко- и cредне-обрушаемые	Более 30
Тумбы из железобетонных блоков в сочетании с отсечным торпедированием	До 1,5	До 18	Устойчивая и средней устойчивости	Трудно-обрушающаяся	Более 30
Органная крепь (деревянная и металлическая)	До 2,5	До 35	Устойчивая и средней устойчивости	Легко- и cредне-обрушаемые	Более 10
Органная крепь в сочетании с отсечным торпедированием	До 3,5	До 18	Устойчивая и средней устойчивости	Трудно-обрушающаяся	Более 10
Односторонняя бутовая полоса в сочетании с кострами	До 1,5	До 35	Устойчивая и средней устойчивости	Любой обрушаемости	Любой
Двусторонняя бутовая полоса	До 1,5	До 35	Неустойчивая и средней устойчивости	Любой обрушаемости	Любой
Костры из круглого леса или шпального бруса	До 3,5	До 35	Любая	Легко- и cредне-обрушаемые	Любой
Бутокостры	До 3,5	До 35	Устойчивая и средней устойчивости	Трудно-обрушающаяся	Любой

 

Следует иметь в виду, что литые полосы из быстротвердеющего материала, тумбы БЖБТ и органная крепь относятся к жёстким искусственным сооружениям. Они обеспечивают малую величину опускания кровли над выработкой со стороны выработанного пространства. При наличие в кровле пласта и выше контура выработки пород не ниже средней устойчивости над выработкой образуется породная плита, опирающаяся с одной стороны на массив угля, а с другой на искусственное сооружение с малой податливостью. состояние выработки будет хорошим т.к. смещения пород кровли над выработкой будут близки к вертикальным и замки будут обеспечивать проскальзывание верхняка крепи относительно ножек.

 

Литая полоса. Для возведения литой полосы используются смеси на цементной, гипсовой, ангидритовой и фосфогипсовой основах с различными инертными наполнителями, а также БИ-крепь.

Ширина литой полосы принимается в соответствии с расчётом, но не менее 1 м. Ширина литой полосы рассчитывается по формуле:

, м,             (5.27)

где Р – расчётная нагрузка на литые полосы, кН/м, (таблица 5.21);

    Р_л.п – нормативная прочность быстротвердеющего материала через сутки после возведения литой полосы (можно принимать 14000 кН/м²).

Таблица 5.21 – Расчётная нагрузка на литые полосы.

Мощность разрабатываемого пласта, м	Расчётная нагрузка Р, кН/м, на литую полосу при кровлях
	средне- и труднообрушаемая с разупрочнением	труднообрушаемая
до 1,0	10000	15000
1,0 ÷ 2,0	12000	17000
2,0 ÷ 2,5	14000	20000

 

Расстояние от контура выработки до литой полосы (ширина бермы) при устойчивой кровле должно быть не менее высоты нижней подрывки в выработке. При неустойчивой кровле литую полосу следует возводить непосредственно за контуром выработки.

 

Тумбы БЖБТ. Железобетонные тумбы с деревянными прокладками устанавливают в 1 – 2 ряда. Количество тумб на 1 п.м. выработки определяется по формуле:

, шт.,        (5.28)

где Р – расчётная нагрузка на железобетонные тумбы, кН/м, принимается по таблице 5.22;

    Р_т – нормативная прочность материала тумбы, для бетона марок М-200, М-300 и М-400 соответственно составляет 40000, 60000 и 80000 кН/м²;

    F – площадь тумбы, м².

Тумбы выкладываются из плит размерами 0,4х0,5х0,1м или 0,4х0,5х0,15м, площадь тумбы соответственно F=0,2 м².

Таблица 5.22 – Расчётная нагрузка на тумбы БЖБТ.

Мощность разрабатываемого пласта, м	Расчётная нагрузка Р, кН/м, на тумбы при кровлях
	легкообрушаемая	среднеобрушаемая
до 1,0	4000	7000
1,0 ÷ 1,5	7000	10000

 

Суммарную толщину деревянных прокладок в тумбах БЖБТ или других конструкций принимают 10 ÷ 15% от мощности пласта.

При легкообрушающейся кровле тумбы БЖБТ устанавливают в один сплошной ряд с расстоянием от бровки штрека 1,2 ÷ 1,5 м; при среднеобрушаемой кровле устанавливают первый ряд сплошной, второй через тумбу; при труднообрушаемой кровле – два сплошных ряда. при труднообрушаемой кровле толщину деревянных прокладок между кровлей и тумбой необходимо увеличить в 1,5 раза.

 

 

Органная крепь. Количество стоек органной крепи устанавливаемых на 1 п.м. выработки рассчитывается по формуле:

, шт.,             (5.29)

где Р – расчётная нагрузка на органную крепь, кН/м, принимается по таблице 5.23;

    Р_орг – несущая способность одной стойки органной крепи, кН. Для металлических податливых тумб и стоек Р_орг принимается по их паспортам, для деревянных стоек диаметром 20 см при длине: до 1,0 м – 300 кН; 1,0÷2,0 м – 250 кН; 2,0÷2,5 м – 200 кН.

Органная крепь устанавливается в 1 ÷ 2 ряда. При мощности пласта 1,0 ÷ 2,0 м стойки органной крепи следует устанавливать под брус толщиной 15 см, при мощности пласта 2,0 ÷ 2,5 м – под брус и на лежень толщиной 15 см.

Таблица 5.23 – Расчётная нагрузка на органную крепь.

Мощность разрабатываемого пласта, м	Расчётная нагрузка Р, кН/м, на органную крепь при кровлях
	легкообрушаемая	средне- и труднообрушаемая с разупрочнением
до 1,0	900	1400
1,0 ÷ 2,0	1200	1800
2,0 ÷ 2,5	1500	2200

 

При наличии ложной или неустойчивой кровли на пластах тонких и средней мощности по бровке между крепью выработки и органной крепью выкладываются деревянные костры.

Стойки органной крепи устанавливаются на зачищенную почву по нормали к напластованию пород на расстоянии 0,5 ÷ 1,5 м от крепи выработки. Чем слабее почва пласта, тем расстояние больше.

При прочности пород почвы менее 20 МПа органная крепь устанавливается на продольные лежни.

На пластах с неустойчивой почвой применяют органную крепь с «карманами» (нишами). При этом органная крепь устанавливается в два ряда на расстоянии 1,2 ÷ 2,0 м от выработки, а в промежутке между крепью выработки и органной крепью устанавливают ряды стоек диаметром 12 ÷ 16 см под деревянные брусья. В образующихся «карманах» закладывают породу от подрывки почвы выработки.

 

Бутовая полоса. Ширина бутовой полосы должна быть не менее 8m, но не менее 5 м. Порода для выкладки нижней бутовой полосы берётся от проведения штрека (размер бутовой полосы зависит от количества породы), для верхней полосы – из бутового штрека.

Усадка бутовых полос при возведении их вручную достигает (0,5÷0,6)m, скрепером - (0,3÷0,4)m, с помощью пневмозакладочных устройств (0,2÷0,25)m.

 

Костры. Деревянные костры следует устанавливать при мощности пласта до 2,5 м в один ряд, а при мощности пласта 2,5 ÷ 3,5 м – в два ряда. Размер костра в плоскости пласта принимается не менее 2,0х2,0 м. Расстояние между кострами принимается от 1,0 до 3,0 м в зависимости от устойчивости кровли, чем слабее кровля, тем расстояние меньше.

На пластах с труднообрушаемой кровлей наряду с бутокострами применяют кустокостры, опорную породную крепь, комбинированные костры и другие конструкции с повышенной несущей способностью.

 

Разупрочнение пород основной кровли. При труднообрушаемых породах основной кровли необходимо производить разупрочнение. Отсечные скважины бурят впереди очистного забоя, диаметром 42 мм на такую высоту, чтобы их забой находился на отметке 0,7 мощности труднообрушаемой породы, не далее 3,5 ÷ 4,0 м от контура выработки. Угол наклона скважины в сторону выемочного столба следует принимать таким, чтобы оставалась породная консоль не менее 1,0 м. При прочности пород до 80 МПа расстояние между скважинами принимают 4,0 ÷ 5,0 м, при большей прочности – 2,0 м. Заряды в скважинах должны взрываться на расстоянии не менее 30 м от очистного забоя.

5.2.3.4 Расчёт смещений в подготовительных (участковых) выработках примыкающих к очистному забою (подраздел 2.4)

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: