Результаты анализа наблюдений за последствиями проявлений горного давления в глубоких стволах

26.09.2019

Информация о формах, характере и закономерностях проявлений горного давления получена по результатам инженерно-геологической документации вывалов и породных обнажений, образовавшихся при разрушении и деформации крепи вертикальных стволов. Участки с разрушенной крепью обследованы в 53 глубоких стволах шахт Центрального района Донбасса.

Задокументированы глубины и протяженность вывалов, размеры отделившихся от массива блоков, описаны поверхности породных обнажений и отобраны пробы, по которым в лаборатории определены физико-механические характеристики. При обработке фактического материала применены различные методы геометризации вывалообразований и деформаций.

В результате выполненного комплекса исследований установлено, что вокруг вертикальных стволов в процессе их проходки и эксплуатации формируются зоны разрушенных пород, принимающие форму выработки (ствола) или эллипса, большая ось которого расположена вкрест простирания пород. Размеры зон разрушенных пород зависят от диаметра ствола, глубины, геологического строения массива, литологии, физикомеханических свойств и элементов залегания пересекаемых пород.

При разрушении крепи вывалы на глубину 0,1—0,3 м отмечены на участках залегания песчаников прочностью 70— 100 МПа, на глубину 0,3—0,6 м — на участках пересечения алевролитов прочностью 40—70 МПа, на глубину 0,5—1,5 м — при вскрытии аргиллитов прочностью 25—40 МПа.

При обнажении этих же пород на сопряженных с горизонтальными выработками глубина вывалов увеличивается на 15—25 %.

Зона нарушенных пород за крепью стволов не ограничивается контурами вывалов. Она развивается в глубь массива. Визуальным осмотром установлено, что поверхность породных обнажений в местах вывалообразований покрыта густой сетью трещин, трещиноватые песчано-глинистые породы обнажений без особых усилий отделяются от остального массива на глубину 0,1—0,6 м.

Таким образом, в зависимости от прочностных свойств пород и геологического строения разреза толщина нарушенного слоя за крепью стволов может достигать 0,4—2,5 м. Полученные результаты не противоречат сложившимся в науке о горном давлении представлениям об образовании вокруг выработок зоны неупругих деформаций и поэтому могут быть использованы при решении задачи по расчету смещений и нагрузок на крепь. На основании выполненной геометризации вывалообразований и лабораторных определений физико-механических свойств пород предложена типизация горно-геологических условий Центрального района Донбасса.

К первому типу отнесены участки геологических разрезов, представленные сравнительно однородной толщей аргиллитов, алевролитов или песчаников, выделенных в отдельные подтипы. В подтипах предусмотрены возможные варианты содержания в однородной толще пород, маломощных прослоев более слабых литологических разностей, в том числе пластов и прослоев угля.

Второй тип представлен участками переслаивания аргиллитов, алевролитов, песчаников и известняков с пластами и пропластками углей. Этот тип имеет наибольшую суммарную протяженность в геологических разрезах стволов. К нему приурочено максимальное число случаев деформации и разрушений крепи.

Участки разреза, представленные водоносными песчаниками или известняками, выделены в третий тип горно-геологических условий.

К четвертому типу отнесены участки геологических нарушений.

В увязке с принятой типизацией разработаны рекомендации по выбору типа крепи стволов на протяженных участках и сопряжениях.

Принятую типизацию горно-геологических условий и фактические данные о состоянии пород в околоствольном массиве предусматривается использовать для обоснования расчетной схемы, определения смещений и нагрузок на крепь глубоких стволов.

Для оценки состояния крепи и проведения наблюдений за работой крепи в течение эксплуатации глубоких стволов по согласованию с ВНИМИ должна устанавливаться контрольноизмерительная аппаратура в стволах.

Снижение нагрузок на крепь в трещиноватых и слабых породах, за исключением глинистых сланцев и угольных пластов, следует осуществлять путем последующего укрепления околоствольного массива цементным раствором через шпуры, пробуренные в радиальном направлении по всему контуру ствола. В горно-геологических условиях третьего типа тампонаж и укрепительную цементацию считать основными дополнительными мероприятиями по снижению нагрузок на крепь. Упрочнение массива производится цементным раствором с В : Ц = 0,6:1; диаметр шпуров обычно принимается равным 52 мм, длина — 3 м. Шпуры располагаются ярусами, расстояние между ярусами 2 м, между шпурами — 1,5—2 м (по периметру ствола).

Для снижения нагрузок, придания устойчивости крепи в процессе проходки ствола, предусматривается сооружение опорных венцов. Опорные венцы сооружаются на участке 8—10 м ниже сопряжений ствола с горизонтами, над камерами загрузочных устройств, на дне зумпфа и на 10 м выше дна зумпфа ствола в устойчивых породах. Материал крепи опорного венца — быстротвердеющий бетон М200—М300 на сульфатостойком портландцементе ГОСТ 22266—76.

При незначительных расчетных величинах смещений породного контура следует применять жесткие конструкции крепи.

В породах, обладающих упруго-пластическими и пластическими свойствами, рекомендуется предусматривать узлы или элементы вертикальной и радиальной податливости. В равной мере это относится и к армировке ствола, податливость которой должна соответствовать податливости крепи ствола.

Расположение поясов податливости (осадочных швов) определяется в соответствии с Указаниями по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок. Расстояние между поясами податливости не должно превышать

15. м.

К жестким крепям относятся крепи из монолитного бетона, комбинированная крепь из бетона или железобетона с железобетонными штангами конструкции ВНИИОМШСа и металлической сеткой, двухслойные крепи из стальных тюбингов и слоя бетонной или железобетонной крепи.

К крепям, обеспечивающим радиальную податливость, относятся двухслойные крепи из бетона (железобетона) и двух рядов пустотелых блоков.

Крепь из монолитного бетона М200—М300 применяется в качестве основного вида крепи вертикальных стволов глубиной до 600 м в горно-геологических условиях первого типа для стволов диаметром 6—8 и 9—10 м.

Для стволов диаметром 6—8 м при наличии мощных толщ (более 30 м по длине ствола) однородных пород с предельной прочностью на одноосное сжатие более 71 МПа крепь из монолитного бетона может применяться и на глубине до 1000 м.

Тип цемента и марка бетона принимаются в зависимости от агрессивности подземных вод в соответствии с требованиями главы СНиП II-28—73 Инструкция по возведению постоянной бетонной крепи шахтных стволов.

Бетон принимается быстротвердеющий на сульфатостойком портландцементе ГОСТ 22266—76. Марка бетона должна быть не менее М200. Для стволов диаметром 6—8 м толщина крепи принята равной 500 мм, диаметром 9—10 м — 750 мм.

Для обеспечения вертикальной податливости через каждые 15 м ствола предусматривается устройство поясов податливости из антисептированных брусьев лиственницы сечением 200х200 мм. Брусья укладываются торцами к центру ствола с оставлением между ними зазоров 15—20 мм. Длина брусьев соответствует толщине крепи ствола. Сверху и снизу пояса податливости укладываются слои рубероида.

Для выравнивания основания под прокладки защитного слоя рубероида наносится слой цементно-песчаного раствора толщиной до 50 мм. Пояса податливости не должны совпадать с ярусами расстрелов армировки ствола, расстояние между поясами податливости должно быть кратным высоте металлической скользящей опалубки. Комбинированная крепь — монолитный бетон М200 с железобетонными штангами конструкции ВНИИОМШСа с металлической сеткой.

Комбинированная крепь из монолитного бетона М200 с железобетонными штангами применяется на участках пересечения: стволом толщи пород, представленной переслаиванием аргиллитов, алевролитов и песчаников с угольными пластами и пропластками (первый тип горно-геологических условий).

Железобетонные штанги конструкции ВНИИОМШСа устанавливаются для упрочнения массива на участках возможного повышения концентрации напряжений и в зонах естественного ослабления породной толщи.

Область применения комбинированной крепи определяется: глубиной до 600 м и диаметром стволов 6, 8, 9 и 10 м, а также глубиной до 1000 м при условии, если стволом вскрываются породы прочностью менее 71 МПа. В обоих случаях при диаметре 6—8 м расчетная толщина стенок крепи принята равной 300 мм, для диаметров 8—10 м — 750 мм.

Для установки штанг (анкеров) по периметру ствола ярусами бурят шпуры диаметром 52 мм под углом 15—30° к горизонтальной плоскости со стороны падения и 0—5° со стороны восстания массива пород (пластов). Шпуры заполняют цементным раствором из сульфатостойкого портландцемента марки 400 с В:Ц=0,6/1 или синтетической смолой в ампулах, а также другими вяжущими составами. Расстояния между ярусами шпуров 2 м, между шпурами в ярусе 1,5—2 м. Штанги располагают в шахматном порядке. Длина штанг из арматурной стали периодического профиля 3 м, диаметр 20 мм.

Для обеспечения безопасных условий проходки стволов предусматривается подвеска на штанги металлической сетки.

Стоимость 1 м крепления вертикальных стволов для Центрального района Донбасса приведена в табл. 6.1.



Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна