Причины разрушений и деформаций крепи стволов

Основными причинами разрушения и деформации крепи глубоких вертикальных стволов следует считать:

1. Нарушения, вызванные частичной или полной отработкой околоствольных охранных целиков очистными работами.

2. Нарушения, связанные с перераспределением напряжений в околоствольном массиве в результате его ослабления примыкающими к стволу выработками.

3. Естественную нарушенность массива на участках пересечения геологических нарушений, а также наличие зон неустойчивых пережатых пород.

4. Производственно-технические причины.

Причины, выделенные в первую и вторую группы, вызывают разрушения и деформации крепи:

на сопряжениях, если последние заложены в неустойчивых породах или на контактах прочных пород со слабыми;

на протяженных участках стволов в местах пересечения ослабленных зон, представленных сочетанием угольных пластов (прослоев) с низкопрочными аргиллитами;

в приствольных камерах и выработках, если последние заложены в неустойчивых породах, заключенных между мощными слоями прочных песчаников (известняков);

во всех околоствольных выработках, сопряжениях, протяженных участках ствола при условии некачественного крепления (некачественная укладка бетона, оставление пустот за крепью, расслаивание бетона и т. п.) или длительного затопления в период консервации.

При эксплуатаций стволов причины, отнесенные к третьей группе, вызывают деформации и разрушения крепи в основном под воздействием внешних факторов. К их числу относятся колебательные тектонические движения, гравитационные силы, отработка охранных целиков, фильтрация воды через бетонную крепь и т. д.

При проходке, перекреплении или расширении стволов причины, отнесенные к третьей группе, проявляются в форме вы-валообразований из незакрепленных стенок стволов. В большинстве случаев склонность пород к вывалам значительно усложняет технологию ведения горных работ.

К числу производственно-технических причин повреждения крепи стволов можно отнести: затопление стволов на период консервации; нарушение технологических схем проходки примыкающих к стволу выработок и т. д.

Причины, отнесенные к первой, второй и четвертой группам, относятся к некоторым технологическим и эксплуатационным факторам, влияние которых на устойчивость выработок можно свести к минимуму на стадиях проектирования или строительства шахт.

Естественно-геологические причины (третья группа) относятся к категории природных факторов, проявляющихся под действием внешних сил на стадиях строительства и эксплуатации выработок.

Природные факторы или зоны естественного ослабления массива существуют до сооружения выработок и поддаются изучению на стадии геологической разведки. Получаемая при этом информация позволяет определить степень сложности шахтного поля и служит основным исходным материалом для разработки и обоснования мероприятий, предотвращающих разрушения и деформации крепи.

Результаты изучения физических геологических разрезов стволов показали, что зоны естественного ослабления массива характеризуются наличием в стволах геологических нарушений; литологических сочетаний угольных пластов и прослоев из аргиллитов и алевролитов, прочность которых не превышает 20—40 МПа; слоев низкопрочных аргиллитов, заключенных между мощными песчаниками или известняками; контактов слабых и крепких пород; контактов крепких трещиноватых водоносных пород с легкоразмокающими аргиллитами и алевролитами.

Деформации и разрушения крепи в зонах естественного ослабления массива на современных глубинах в подавляющем большинстве случаев вызваны подработкой охранных целиков и ослаблением околоствольного массива примыкающими к стволу выработками.

С увеличением глубины заложения стволов горное давление в зонах естественного ослабления будет активизироваться.

Принимая во внимание реальность такой активизации на больших глубинах, Днепрогипрошахтом выполнена работа по выявлению ослабленных участков массива в проектных разрезах глубоких вертикальных стволов. Полученная при этом прогнозная информация используется для обоснования проектных решений по усилению крепи и упрочнению массива железобетонными штангами.

Усиленные конструкции железобетонных крепей и железобетонные штанги применены в проектах крепления стволов шахт им. Ю.А. Гагарина, 1 — 1-бис, им. Карла Маркса, им. Артема, им. Ф.Э. Дзержинского и др. Проектные решения по усилению крепи и упрочнению околоствольного массива пород обоснованы характером, формой и закономерностями проявлений горного давления в стволах глубоких шахт.