Новое в креплении штреков

Штреки с прямоугольной формой поперечного сечения. Доля выемочных штреков с прямоугольной или трапециевидной формой поперечного сечения составляет на шахтах Рурского бассейна около 2% и имеет тенденцию к дальнейшему снижению. В штреках с прямоугольной формой поперечного сечения их ширина (по верхнякам) составляет 3,2—4,2 м на участках, отрабатываемых в обратном порядке, и 4,2—6,2 м на участках, отрабатываемых прямым порядком. Высота таких штреков в проходке равняется 2—3,5 м. Достоинство штреков с прямоугольной формой поперечного сечения — перед штреками с арочной формой — удобство разделения их сечения на отделения для транспорта угля, доставки материалов и оборудования, передвижения людей.

Как показывает опыт шахт Рурского бассейна, применение лишь одной анкерной крепи возможно только при очень прочной кровле, сложенной толстыми породными слоями. При прочной тонкослоистой кровле или кровле, представленной глинистыми сланцами, помимо установки анкеров требуется поддерживающая крепь, в частности, в виде рядов средних стоек.

При используемых на шахтах Рурского бассейна крепях с несущей способностью 200—600 кН/м2 и среднем пределе прочности вмещающих пород 30—40 МПа можно успешно поддерживать штреки шириной до 5 м. Поддержание штреков большей ширины возможно в более устойчивых породах или при дополнительных мерах по упрочнению пород, например, анкерами.

Для выполнения названных выше задач сегодня еще нет соответствующих стоек. Дешевые деревянные стойки можно применять только на участках штреков с малой конвергенцией. Их в большинстве случаев необходимо заменять перед подходом лавы более податливыми стойками трения или гидравлическими стойками. Повторная замена возможна лишь на расстоянии 60—250 м за лавой. Недостатками стоек трения являются, как известно, малое усилие начального распора, медленное нарастание сопротивления и скачкообразная просадка. Гидравлические стойки, применяемые в лавах, чувствительны к коррозии, теряют при продолжительной работе под нагрузкой несущую способность, повреждаются даже при небольшой внецентренности нагрузки и имеют недостаточную для большой конвергенции просадку.

При выемочных штреках с прямоугольной формой поперечного сечения характерны специфические трудности как непосредственно в проходческом забое, так и на сопряжении с лавой.

В проходческом забое существуют две проблемы. Распорное усилие крепи может быть приложено к породам кровли лишь в том случае, если удается предотвратить вывалы породы. Указанное условие является критерием применимости прямоугольной формы поперечного сечения штреков. Вторая проблема заключается в выполнении требования о своевременной установке средних стоек, предусмотренных паспортом крепления, которые в наиболее благоприятных случаях удается устанавливать лишь в 15 м от забоя. Из-за этого при раннем развитии деформаций в породах кровли и почвы пласта теряется возможность предупредить образование складок в породных слоях.

Дополнительная анкерная крепь, устанавливаемая непосредственно в забое, может в значительной мере предупредить расслоение пород и образование складок вплоть до того момента, как будут поставлены средние стойки, что позволяет использовать штреки с прямоугольной формой поперечного сечения на большей глубине.

Расслоение пород кровли и почвы происходит также на сопряжении штрека с лавой, где приходится удалять средние стойки для возможности передвижки привода лавного конвейера.

Как показали испытания, область применения штреков прямоугольной формы поперечного сечения ограничена и определяется такими факторами, как вид крепи, глубина горных работ, свойства вмещающих пород и мощность пласта.

Штреки с арочной формой поперечного сечения. Совершенствование арочной крепи позволило устранить многие ее недостатки. Нововведения относятся к механизированному заполнению закрепного пространства непосредственно в забое и к подхватыванию верхних секций арочных рам на сопряжении с лавой.

Для обеспечения высокой несущей способности арочной крепи пространство между ее верхними секциями и кровлей должно быть надежно подбучено. Заполнение закрепного пространства производилось до последнего времени вручную и требовало больших затрат времени. Поэтому им нередко пренебрегали, особенно при скоростном проведении штреков. Как следствие, наблюдалось выдавливание под действием нагрузки арочных секций в пустоты за крепью, что приводило к деформации и повреждениям элементов податливых соединений и существенному уменьшению несущей способности арочной крепи в своде выработки.

После разработки способов механизированного возведения околоштрековых полос появилась возможность механизировать также процесс заполнения закрепного пространства в забое твердеющими смесями.

В штреке, проводившемся по весьма слабым породам с опережением лавы на 80 м, благодаря механизированному заполнению пустот за арочной податливой крепью удалось уменьшить конвергенцию на 16% начальной высоты штрека в свету, составлявшей 4,05 м, и увеличить остаточную площадь поперечного сечения на 2,5 м2 (на находившемся в сопоставимых условиях участке штрека, проводившемся без заполнения закрепного пространства, конвергенция после прохода лавы составила 67% начальной высоты). Сохранение достаточно большой высоты штрека у входа в лаву имело большое значение для передвижки привода лавного конвейера и для размещения на участке сопряжения вентиляционного трубопровода, подававшего воздух в забой штрека. Увеличенная остаточная высота штрека сохранялась и после прохода лавы.

Применявшиеся ранее прогоны не обепечивали надежного подхватывания и прижатия к кровле верхних секций арочной крепи после удаления с находившихся со стороны лавы стоек арочных рам. Следствием этого была повышенная конвергенция, сопровождавшаяся смещением затяжки и вывалами из кровли. Благодаря разработке специальных подхватывающих устройств удалось устранить ослабление крепи штрека на сопряжении с лавой, возникающее при передвижке вынесенного на штрек привода лавного конвейера.

Для всех видов крепи общим является то, что они дают возможность сохранять полную несущую способность арочной крепи на сопряжении штрека с лавой. При этом подхватываются лишь те арки крепи, которые находятся непосредственно над лавным конвейером с учетом шага передвижки, а не на всю ширину приводной головки, как в случае использования прогонов.

Способы охраны штреков со стороны выработанного пространства. Для состояния выемочных штреков после прохода лавы, наряду с мероприятиями по их креплению, большое значение имеет способ охраны со стороны выработанного пространства. После отработки пласта с одной стороны штрека кровля над ним опускается неравномерно. При большой разнице в конвергенции происходит взаимное смещение пород в кровле и почве штрека по плоскостям наслоении. Потерявшие связь между собой пачки тонкослоистых пород приобретают усиленную склонность к расслоению и смятию с образованием складок» выдавливающихся в полость штрека. Средства охраны штрека со стороны выработанного пространства предназначены для того, чтобы уменьшить разницу в конвергенции у обоих боков выработки до минимума, в том числе и при одностороннем выработанном пространстве.

Без специальных средств охраны со стороны выработанного пространства можно поддерживать лишь те штреки, которые пройдены по пластам с легкообрушающейся на большую высоту непосредственной кровлей. Образующаяся мелкокусковая породная масса плотно прилегает к штрековой крепи и нижним слоям основной кровли. В таких условиях штрековая крепь не имеет возможности выдавливаться в выработанное пространство, а породы над штреком не высыпаются в выработанное пространство. Наиболее благоприятные условия для поддержания штреков без специальных средств охраны со стороны выработанного пространства существуют при мощности пласта от 1 до 1,8 м.

При слабой, но не образующей мелкокусковой породной массы и не обрушающейся на большую высоту кровле и при слабых породах почвы для предупреждения неравномерного опускания кровли над штреком рекомендуется устанавливать с обеих его сторон деревянные костры, которые не должны вдавливаться в породы кровли или почвы.

При крепких боковых породах для уменьшения конвергенции штрека со стороны выработанного пространства необходимы по возможности более жесткие средства охраны, например околоштрековые полосы из быстротвердеющих смесей на основе ангидрита.

При отработке пласта с обеих сторон штрека, а также при повторном использовании выработки опускание породного массива уже на расстоянии 40—80 м после прохода второй лавы доходит до 80% мощности пласта (без учета составляющей конвергенции, приходившейся на расслоение пород). Жесткие средства охраны штреков в таких условиях разрушаются или вдавливаются в боковые породы. Поэтому рекомендуется охранять штреки с двусторонним выработанным пространством податливыми устройствами или узкими жесткими полосами. Если при первом использовании вдоль штрека была возведена жесткая и широкая полоса, то повторное его использование возможно только при отработке участка в обратном порядке с погашением выработки после прохода лавы.

При использовании любой из применяемых в шахтах твердеющих смесей удается достигать предела прочности на сжатие материала околоштрековых полос от 15 до 30 МПа. При высокой скорости подвигания лавы целесообразно возводить околоштрековую полосу непрерывно. Состояние штрека определяется не только выбором способа охраны штрека со стороны выработанного пространства, но и технологией возведения околоштрековых полос.