книги из ГПНТБ / Скуба, В. Н. Исследование устойчивости горных выработок в условиях многолетней мерзлоты

лением замков штанг в верхней угольной пачке; при проведе­ нии выработок по верхней пачке мощных пластов с установкой штанг в породах кровли; при проведении выработок на всн> мощность пласта (2,5—3 м) и установке штанг в породах кровли; при укреплении боков выработок от осыпания во время эксплу­ атации выработок.

Промышленное применение штанговой крепи в подготови­ тельных выработках девяти шахтопластов показало, что при правильной и своевременной установке ее улучшаются условия поддержания подготовительных выработок на всех пластах даже при величине междупластья 2 м. Установлено, что в определенных условиях распорно-безрезьбовые штанги имеют значительные преимущества перед клинощелевыми. В породах

почтение необходимо отдавать замкам распорного типа, кон­ тактирующим по всей окружности шпура, и, как правило,, имеющим усилие закрепления в этих породах не ниже 5 —8 т. Замки клинощелевого типа в породах указанной крепости имеют значительно меньшие закрепления (3—4 т)—в первом случае вследствие мягкости пород, отсюда легкого разрушения их усами штангп при осевой нагрузке; во втором случае вслед­ ствие малого внедрения усов в стенки шпура из-за большой твердости пород, отсюда проскальзывание замка. Замки клино­ щелевого типа хорошо себя зарекомендовали в породах средней крепости (песчанистые аргиллиты, песчаники cfi = 5 —8). Ве­ личина закрепления клинощелевых замков в этих породах со­ ставляет 5 —8 т. Таким образом, при расположении замков штанг в породах с fi = 2 —14 целесообразно применять штанги

штанги. При проведении выработок сроком службы 1,5—2 года по почве пластов мощностью 4 —6 м необходимо крепление распорно-безрезьбовыми штангами с дополнительным крепле­ нием боков выработок деревянными штангами. При проведе­ нии разрезных печей по почве пласта с последующим опусканием потолочины надежную устойчивость угольной пачки на 10 — 20 суток обеспечивает деревянная штанговая крепь. Железо­ бетонные штанги обусловливают эффективность поддержания пород кровли в подготовительных выработках любого срока службы и назначения. Наиболее целесообразно применять их в выработках длительного срока службы.

При креплении горных выработок штанговой крепью с использованием деревянных подхватов размеры шайб должны быть подобраны с учетом изложенного в $ 2, и если выработка

102

с полосами увеличивает срок службы выработок в 2 —2,5 раза, обеспечивает более равномерные прогибы и минимум расслое­ ния заштангованной кровли. При креплении кровли без под­

ных штанг (закрепление во всех слоях) обеспечивает более прочную монолитизацию заштангованпои пачки. В выработ­ ках типа обрезных и разрезных печей, вентиляционных и тран­ спортерных обоек со сроком службы 0,5—3 месяца для укреп­ ления пород кровли весьма эффективно использование дере­ вянной штанговой крепи. В выработках длительной службы деревянная штанговая крепь эффективна при укреплении ею боков выработок.

Практика работ и приведенные исследования показали, что эффективность применения штанговой крепи обеспечивается

вподготовительных выработках всех работающих пластов на всех температурных горизонтах при закреплении замков штанг

вугле, углистых, песчанистых, глинистых аргиллитах, пес­ чаниках и изверженных породах. Штанговая крепь работоспо­ собна при установке по способу «связывания» нескольких пород­ ных слоев в одну плиту, т. е. в условиях слоистой непосредст­ венной кровли большой мощности, и по способу «подшивки» слоев непосредственной кровли слабых пород к более устой­ чивым породам основной кровли. Она может использоваться

проведении выработок со штанговой крепью возрастает на 37.6 % (с 0,77 пог. м/чел.-смену при деревянной крепи до 1.06 пог. м/чел.-смену при штанговой крепи). При штанговой крепи скорость проведения выработок увеличивается на 30 — 50% за счет скорости возведения крепи и уменьшения времени на доставку материалов. Кроме того, применение штанговой крепи позволяет проходить выработки меньшего (на 15—20 ?о)

104

Т а б л и ц а 20

по сравнению с деревянной крепью составляет 4,20 руб., экономия от применения штанг распорно-безрезьбового типа диаметром 16 мм на 1 ног. м выработки по сравнению с деревян­

ская эффективность использования железобетонных штанг на на 1 ног. м выработки по сравнению с деревянной крепью — 7,71 руб., со штангами клинощелевого типа диаметром 24 мм — 3,51 руб, со штангами клинощелевого типа диаметром 18 мм — 0,87 руб., со штангами распорно-безрезьбового типа диаметром

16 мм — 0,30 руб.

Применение рассмотренных видов и конструкций штанг в соответствующих условиях позволило Норильскому комби­ нату экономить ежегодно более 300 тыс. руб., сократить расход крепежного леса на 57 тыс. м3 и металла более чем на 2,5 тыс. т. Использование штанговой крепи на всех шахтах Северо-Во­ стока СССР, исходя из существующих объемов проходки, пре­ вышает 1 млн. руб в год.

** *

Обобщая материал главы VII, сформулируем выводы.

1. Плотность штанговой крепи существенно влияет на устойчивость горных выработок. Граница плотности для надработанных пластов 1 штг/м2, а для ненадработанных пластов 0,83 штг/м2. Большая плотность практически нецелесообразна, ибо опусканне кровли и нагрузка на крепь при прохождении очистных работ не превышают критических величин при ука­ занных значениях плотности. Уменьшение плотности ьозмож-

105

З А К Л Ю Ч Е Н И Е

Основные результаты исследований могут быть сформули­ рованы следующим образом.

1. Дана оценка условий и опыта эксплуатации горных вы­ работок в условиях многолетней мерзлоты. Показана целесооб­ разность совершенствования крепления горных выработок при положительном тепловом режиме шахт области вечной мер­ злоты.

2.Изучены закономерности формирования теплового ре­ жима шахт при подогреве поступающего в горные выработки воздуха в зимнее время до положительной температуры. Вы­ полнены расчетный анализ теплового режима шахт и прогноз его при переходе горных работ на подмерзлотные горизонты.

3.Разработаны приближенный и аналитический методы анализа теплового взаимодействия воздушного потока и мерз­ лых горных пород. Создан метод расчета параметров теплоизо­ ляции горных выработок в условиях многолетней мерзлоты.

4.Дана оценка влияния оттаивания пород на устойчивость горных выработок. Разработаны приближенный и аналитиче­ ский методы расчета нагрузок на крепь и определения переме­ щений контура выработки и границы пластических деформа­ ций при оттаивании пород.

5.Изучена устойчивость горных выработок и установлены закономерности проявлений горного давления в различных мерзлотных условиях. Приведена формула расчета смещений пород кровли выработок при влиянии очистных работ.

6.Исследована работоспособность штанговой крепи в раз­ личных мерзлотных условиях. Оценено влияние положитель­ ного режима шахт на работоспособность штанговой крепи.

7.Определены рациональные параметры штанговой крепи. Разработан метод расчета глубины и плотности штангования пород. Установлены область и экономическая эффективность применения штанговой крепи на шахтах области многолетней мерзлоты.

Разультаты исследований послужили основой для широко­ го использования штанговой крепи на шахтах Норильска.

107

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ПРИНЯТЫЕ В КНИГЕ

по шкале М. М. Протодьяконова (Z=l— в талой зо­ не; i = 2 — в мерзлой зоне);

Тш — температура плавления льда, °С;

Те, Тен , Тек — естественная температура пород в заданный момент, в начале и в конце расчетного участка, °С;

Тс — температура пород на стенке скважины, °С; Хл — скрытая теплота плавления льда, ккал/кг;

wn, wn — влажность, %, льдистость пород, кг/м3;

срср, ср — среднегодовая и текущая влажность воздуха;

tB, fBH, tBK — температура воздуха в заданный момент, в начале

109

hlt h2 — толщина нижнего и догружающего слоев кровли, м;

р— коэффициент Пуассона;

— безразмерная координата упругопластической гра­

ницы; г0 — безразмерный коэффициент разложения;

X', Х4, Х2, Х3 — безразмерные параметры;

рудничным воздухом и породным массивом,

ккал/м2*ч-град; а — коэффициент теплопередачи, рассчитанный по кри­

териальным зависимостям; биз — толщина теплоизоляционных слоев, м;

Хиз — теплопроводность изоляционного слоя, ккал/м*ч*

•град;

— величина области соприкосновения блоков, м;

Е— модуль упругости, кг/см;

к— ширина трещины, мм;

ксж — максимальная деформация при сжатии, м;

L — ширина выработки, м; h6 — высота блока, м;

НО

y t — опускание среднего шарнира или деформация по­ род, м;

—опускание пород кровли, мм;

v— максимальное опускание пород кровли в вырабог

а— угол между диагональю и стороной блока;

*

111