Рациональное планирование горных работ на основе наблюдений за состоянием подготовительных выработок и проектных расчетов

Исходные данные. Производственные наблюдения за состоянием подготовительных выработок позволяют получать при небольших затратах труда исходную информацию, необходимую для оценки состояния выемочных штреков и их проектирования. К такой информации относятся:

- данные о состоянии приконтурного массива штреков (характер процесса конвергенции, доля пучения почвы и опускания кровли в общей конвергенции, высота штрека и его ширина по почве в месте измерения конвергенции, необходимая глубина подрывки почвы);

- данные о состоянии крепи (степень деформирования крепи, наиболее деформированные элементы рам, поведение податливых элементов и межрамных распорок или стяжек, изменения конструкции крепи).

Методика выполнения производственных наблюдений предусматривает, что получаемые результаты предоставляются одновременно руководству и техническому отделу шахты и лаборатории рудничной крепи и механики горных пород института "Бергбау-форшунг".

Оперативная оценка результатов. Быстрая обработка результатов производственных наблюдений дает возможность получить требуемые для руководителей шахты данные о состоянии выработки, чтобы при необходимости своевременно принять оперативные меры (например, по усилению крепи, подрывке кровли или почвы). Оперативная обработка данных позволяет также сделать заключение о возможности извлечения крепи при погашении штрека и целесообразности ее повторного использования, а также о поведении проходящих шахтные испытания штрековых крепей новых типов.

Периодическая оценка результатов. Техническому отделу шахты, занимающемуся проектированием очистных и подготовительных работ, данные производственных наблюдений оказывают существенную помощь в следующих случаях:

- при разработке мероприятий, необходимых для поддержания выработок в зонах влияний краевых частей по соседним пластам или геологических нарушений;

- при оценке крепи, включая отдельные ее элементы и средства охраны со стороны выработанного пространства, с целью установления целесообразности ее применения в проектируемых штреках;

- при определении эффективности мероприятий по креплению выработок и выбору их расположения;

- при сравнении поведения крепи в выработках на разных участках одного и того же пласта;

- при сравнении поведения крепи в выработках на других пластах со сходными горно-геологическими условиями.

Для лаборатории рудничной крепи и механики горных пород результаты производственных наблюдений дают возможность получить исходные данные, необходимые для:

- дальнейшего совершенствования конструкций крепей на основе более точных сведений о поведении эксплуатируемых крепей;

- определения области применения крепей различных типов в зависимости от свойств боковых пород;

- разработки эффективных мероприятий в особых случаях проявления горного давления;

- разработки методов прогнозирования появления особых случаев проявлений горного давления.

Методика производственных наблюдений за состоянием подготовительных выработок предусматривает, что результаты каждой отдельной серии наблюдений обрабатываются по-разному в соответствии со специфическими требованиями, предъявляемыми руководством и техническим отделом шахты или лабораторией рудничной крепи и механики горных пород.

При этом принимается во внимание то обстоятельство, что на состояние штрека и соответственно на поведение крепи воздействует множество факторов, каждый из которых в отдельности не может быть учтен. Речь идет, таким образом, о статическом методе, основанном на закономерностях исследований большого числа данных. Деформации крепи измеряются в большинстве случаев с точностью не до миллиметров, а сантиметров. Контроль за состоянием выработки путем таких часто повторяющихся измерений производится в течение определенного промежутка времени.

Проектные расчеты. Лаборатория рудничной крепи и механики горных пород разработала в 1970 г. метод производственных наблюдений за состоянием подготовительных выработок, чтобы иметь возможность получать достаточно большие массивы данных, пригодные для статистической обработки. В результате обработки таких данных была выведена формула, позволяющая определить конечную конвергенцию выработки на основе немногих исходных данных, получение которых не связано с какими-либо трудностями. Она используется при расчетах ожидаемой конвергенции и проектировании крепи, выполняемых с учетом других факторов по специальной машинной программе.

На блок-схеме (рис. 6.1) показана последовательность операций при выполнении подобных расчетов. Если конвергенция превышает 50% исходной высоты выработки, автоматически просчитываются альтернативные варианты, в которых предусматриваются мероприятия по снижению конвергенции, например, переход на проведение штрека общим забоем с лавой или с отставанием от нее, изменение положения штрека относительно зоны влияния краевой части пласта и т. д. В соответствии с ожидаемой конвергенцией выбирают затем наиболее целесообразный вид крепи.

Исходные данные и результаты расчетов. В качестве исходных используется небольшие число данных, заносимых в формуляр ЭВМ. Безусловно необходимыми являются данные о схеме проведения штрека (с опережением лавы, общим забоем с ней или с отставанием от нее), глубине горных работ, мощности пласта и условных показателях прочности пород почвы. Все другие величины вводятся в расчет при необходимости, если, например, предусматривается использовать какой-то определенный тип крепи или способ выкладки около-штрековых полос. Кроме того, может быть задана максимальная конвергенция штрека, которая не должна быть превышена. В этом случае программой предусматривается просчет всех альтернативных вариантов с мероприятиями по уменьшению конвергенции. Если не удается снизить конвергенцию до заданного значения, то программа выдает данные об ожидаемой конвергенции, полученные с учетом всех мероприятий по ее снижению.

В выдаваемых на печать результатах расчетов содержатся прогнозные данные для проектируемой схемы проведения штрека при трех способах его охраны со стороны выработанного пространства.

Наряду с ожидаемой конвергенцией и данными о возможных пределах ее отклонения от средней величины по длине штрека в результате расчетов получают еще шесть параметров, относящихся к деформации контура штрека. Расчетные значения конвергенции, смещения боковых стенок и остаточной площади поперечного сечения сравниваются с усредненными величинами, полученными при измерениях в 230 штреках на шахтах Рурского бассейна.

После этого выдаются данные о рекомендуемом типе крепи (податливые или жесткие арочные рамы, трапециевидная крепь). Если не задано каких-либо специальных условий относительно паспорта крепления, то в машинной распечатке приводятся данные о требуемом удельном расходе металла на крепление, а также формулы для определения расстояния между рамами или соответственно линейной плотности спец-профиля. При заданных площади поперечного сечения и линейной плотности спецпрофиля рассчитывается требуемое расстояние между рамами крепи.

Указания о целесообразности проведения различных производственных мероприятий. Они выдаются при наличии особо оговоренных при расчете условий.

Если условный показатель прочности пород почвы больше 3,5, то рекомендуется, чтобы ширина околоштрековой полосы была не больше 0,6 м; в нормальных случаях ширина околоштрековой полосы составляет 0,7 мощности пласта.

При мощности пласта менее 1,3 м проведение штрека с отставанием от лавы нецелесообразно из-за слишком малой высоты в месте сопряжения лавы со штреком.

При проектируемой ширине околоштрекового угольного целика более 4 м в расчете выдается также значение ожидаемой конвергенции для ширины целика 2 м с напоминанием, что деформация штрека при меньшей ширине целика снижается.

При мощности пласта более 1,8 м нежелательно охранять штрек со стороны выработанного пространства без выкладки околоштрековой полосы, поскольку нижние сегменты арочных рам не имеют достаточной опоры со стороны извлеченного пласта и подвергаются продольному изгибу.

Штреки, предназначенные для повторного использования, рекомендуется проводить с двусторонней узкой раскоской шириной 0,6 м. Смещение боковых стенок и пучение почвы зависят от ширины раскоски.

Если тип крепи задан заранее, то в результате расчетов указывается, выбрана ли крепь правильно или же она является слишком слабой или излишке мощной.

Программируемые альтернативные предложения. Если ожидаемая конвергенция превышает 50% исходной высоты выработки, то необходимо ввести в программу альтернативные предложения (если это не было сделано заранее), позволяющие снизить конвергенцию до приемлемой величины. В частности, речь идет о следующих возможностях:

- применении другого способа охраны штрека со стороны выработанного пространства;

- изменении схемы (порядка) проходки штрека;

- перемещении проектируемого штрека в разгруженную от горного давления зону;

- использовании более жесткого материала для заполнения закрепного пространства;

- уменьшении ширины околоштрекового угольного целика.