Материал: Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений

схема:

1— сухие рыхлые породы; II — крепкие (скальные) породы; сплошные и пунктирные линии — кривые деформации соответственно массива горных пород и шахтной крепи

ния горных пород и в крепи образуются широкие трещины. Таким образом устройство деформационных швов со сминающимися специальными картонными прокладками часто оказывается недостаточным для защиты шахтного ствола от повреждений. Такие швы могут обеспечить заметную разгрузку только

виеобводненных рыхлых породах, где нарастание деформаций ствола по углу

ах сравнительно невелико.

Наиболее важным техническим мероприятием при выемке внутренней зоны предохранительного целика является полное удаление шахтной крепи на горизонте угольного пласта, поскольку обычно в крепи возникает область

часть шахтного ствола может опускаться вместе с оседающими горными поро­

дами, не испытывая деформаций сжатия (рис. 68, а)- Опускание устья шахтного ствола в открытом зазоре отстает от опуска­

ния пород непосредственной кровли, равного аМ, на величину обжатия, со­ ответствующего площади А 2, а разгруженные породы почвы поднимаются на величину, соответствующую сумме площадей А 3+ А 4. Нижняя часть ствола следует за поднятием пород почвы на меньшую величину, соответствующую

Рис. 68.

Схема к расчету необходимого открытого зазора в шахтной крепи при отработке околоствольного целика от центра к периферии:

1— стенка шахтной крепи; 2— массив горных пород; з— пласт; 4— разделительный шов; 5— выемка с обрушением кровли; б — открытый зазор в крепи; сплошная и пггрихпунктирная линии — кривые дефор­ мации соответственно массива горных пород и крепи

только площади А 4; разность поднятий пород почвы и шахтной крепи может быть определена по размеру площади А 3 (рис. 68, в). Таким образом, верхний и нижний края открытого зазора в результате ведения очистных работ сбли­ зятся, причем верхний край опустится на Ау2 = аМ — А 2, а нижний подни­

чтобы зазор после проведения очистных работ мог закрыться без возникнове­ ния деформаций сжатия.

Установленная в разделительном шве обычным способом кольцевая кост­ ровая крепь на всю мощность разрабатываемого пласта М из крестообразно положенных досок ограничивает смещение верхнего и нижнего краев шахтной крепи в зазоре, но при этом происходит сжатие как костровой крепи, так и крепи шахтного ствола. Из диаграммы сжатия костровых крепей можно видеть^ что относительным деформациям сжатия крепи из сосновых досок, равным 15, 40 и 50%, соответствуют сжимающие напряжения, равные 400, 800 и 1200 Н/см2 [38]. Если принять, что в сжатой костровой крепи возникает сжи­

деформации соответственно массива горных пород и крепи

причем вверх и вниз от шва вертикальные деформации сжатия шахтной крепи будет уменьшаться до нуля по линейному закону под углом а г (рис. 69). На го­ ризонте податливой костровой крепи нарастание деформаций происходит по более крутому углу а 2. По сравнению с крепью ствола, в которой сделан открытый шов, площадь деформаций растяжения уменьшается на величину площади полосы А. При точном построении эпюры деформаций ствола заштри­

анкер, препятствующий относительному смещению пород и крепи, подвер­ гается срезающим воздействиям. Целесообразнее применить вертикальные анкеры, скрепляющие краевой пояс шахтной крепи у шва с вышележащим участком крепи, или же укрепление внутренней поверхности шахтной крепи с помощью проволочной сетки.

Относительно выбора м а т е р и а л а д л я ш а х т н о й к р е п и можно сказать следующее: жесткая крепь из монолитного бетона характери­ зуется малым углом нарастания деформаций ос и деформируемости в меньшей степени, чем сравнительно слабая крепь из кирпичной кладки. Поскольку отрыв шахтной крепи от массива горных пород происходит лишь на коротких

горизонтальных заполненных цементным раствором швов становятся замет­ ными только при деформации растяжения около 1 мм/м. Таким образом, де­ формациям сжатия лучше сопротивляется бетонная крепь; при деформациях растяжения предпочтительнее крепь из кирпичной кладки на слабом цементном растворе, которую легче ремонтировать. С этой точки зрения крепь из кирпич­ ной кладки является наиболее подходящей при отработке предохранительного целика от центра к периферии ствола, проходящего по устойчивым сухим породам, поскольку поврежденные участки крепи можно быстро заменить новой кладкой, а также потому, что при таком способе отработки можно из­ бежать губительно действующей на цементный раствор смены сжимающей нагрузки на растягивающую. Во влажных породах следует предпочесть бе­ тонную или железобетонную крепь и отработку целика от периферии к центру, так как бетон к деформациям сжатия менее чувствителен, чем к деформациям растяжения, и при отработке от периферии к центру в крепи возникают только деформации сжатия, при которых не образуется трещин разрыва. Само собой разумеется, что наилучшую защиту против воздействия очистных работ обеспе­ чивает устройство шва скольжения по внешнему цилиндру крепи с битумным покрытием.

Действию вертикальных усилий и деформаций в шахтном стволе подвер­

податливые вставки-компенсаторы. Для участков проводников на горизонте угольного пласта, характеризующихся значительными вертикальными деформа­ циями сжатия, разработаны специальные скользящие вставки с надевающимися скобками для их крепления [141]. Ниши в кирпичной кладке, предусмотренные для расстрелов и брусьев венцовой крепи, должны быть заполнены мягким известковым раствором. Смещения элементов армировки могут быть скомпенси­ рованы при помощи регулируемых кронштейнов. Однако и в новой шахтной крепи, не говоря уже о нагрузке от собственного веса, могут иметь место осе­ вые напряжения, возникающие чаще всего в крепи шахтных стволов, соору­ жаемых способом замораживания. В процессе замораживания пород забой шахтного ствола поднимается на несколько сантиметров, а при оттаивании породы вновь опускается, а нагревающаяся крепь растягивается. При такой смене сил, вызываемых тепловыми деформациями и трением, на отдельных участках крепи могут возникать значительные вертикальные деформации растяжения или сжатия, достигающие 0,5 мм/м, которые, складываясь с де­ формациями от влияния очистных работ, могут существенно повлиять на последующую картину деформаций шахтного ствола [117, 218].

Прогноз деформаций шахтной крепи при отработке предохранительных целиков в условиях наклонного и крутого залегания пластов затрудняется недостаточной изученностью процесса сдвижения горных пород в подобных условиях. Можно только сказать, что поскольку сдвижения пород в этом случае происходят главным образом в направлении, нормальном к напласто­ ванию, то шахтные стволы испытывают наклон и искривляются также и в сред­ ней части (см. рис. 25).

ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ ПОДРАБОТАННОСТИ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД

6.1.

Совместное воздействие нескольких очистных выработок

Ранее был рассмотрен процесс сдвижения пород в нетронутом горном массиве, в котором впервые проходится значительная по площади одиночная очистная выработка. Однако во многих случаях специалистам по сдвижениям горных пород приходится иметь дело с массивами горных пород, уже многократно подрабатывавшимися, например, если в данном пласте уже были ранее отра­ ботаны отдельные участки или представленное несколькими пластами место­ рождение на протяжении нескольких десятилетий разрабатывалось выемкой отдельных горизонтов сверху вниз. В таком в большей или меньшей степени нарушенном массиве сдвижения слоев пород будут, несомненно, происходить интенсивнее и быстрее, чем при первой подработке, для условий которой раз­ работаны методы расчета сдвижений (рис. 70). Зависимости построены для вынутой мощности пластов, равной 3 м (кривая £х), 3—7 м (кривая t2) и более 7 м (кривая tз). Было давно замечено, что соседние или вышележащие очист­ ные выработки влияют на форму мульды оседания, а также что при погоризонтной отработке околоствольного предохранительного целика на земной поверх­ ности образуются непредвиденно глубокие и крутые мульды оседания [15]. Кроме того, конечная стадия деформированного состояния массива горных пород наступает тем раньше, чем больше степень его подработанности.

Эти расхождения между расчетными и измеренными сдвижениями горных пород и земной поверхности, которые теперь, в условиях концентрации гор­ ных работ на малом количестве участков, стали наблюдаться особенно часто [225, 422], следует отнести главным образом за счет сильной нарушенности массива горных пород горными выработками. С изменением степени подрабо­ танности массива горных пород изменяется изгибная жесткость породных слоев,

неравномерным. Поскольку вследствие этого в действующих очистных выра­ ботках изменяется величина и скорость конвергенции, а в уже подработанных участках массива, вновь пришедших в движение, возникает дополнительное оседание, эти влияния удаленных очистных выработок нельзя оставлять без внимания при точном расчете оседаний отдельных точек породного массива. Поэтому актуальной задачей науки о сдвижениях горных пород является исследование взаимосвязи сдвижений, вызванных новыми и старыми горными разработками, а также исследование зависимости этих сдвижений от жестко­ сти массива горных пород, чтобы получить возможность количественного учета влияния этих факторов в современных методах расчета сдвижения гор­ ных пород.