05.01.2021

Крепь обратного свода АРПУ


При строительстве и эксплуатации шахт имеют место затраты, связанные с ремонтом и восстановлением горных выработок из-за интенсивного пучения пород почвы. Неоднократные подрывы почвы ухудшают устойчивость выработки, снижают скорость проходки, увеличивают трудоемкость работ, дополнительный расход материальных и трудовых ресурсов.

В процессе пучения перераспределяются напряжения в горном массиве, при этом породы разрушаются поэтапно и одновременно изменяется форма контура выработки. При разрушении пород от растягивающих напряжений устойчивость выработки возрастает и разрушение прекращается. При разрушении от сжимающих напряжений устойчивость выработки снижается и процесс разрушения протекает весьма интенсивно. В первом случае достаточна крепь ограждающеподдерживающего типа, во втором — весьма мощные грузонесущие конструкции крепи. При увеличении глубины разработки преобладают проявления горного давления, вызванные сжимающими напряжениями, создающими продольно-поперечный изгиб, приводящий к разрушению слоев. Интенсификации пучения способствует почти повсеместное присутствие в породах почвы, влаги и водных растворов поверхностно-активных веществ, вызывающих снижение прочности пород, их размокание и разбухание.

Пучению также способствует плоская форма почвы, ее нарушения, возникающие при сооружении выработки, недостаточный отпор крепи. Поэтому мероприятия по предотвращению пучения пород почвы должны обеспечивать снижение напряженного состояния пород вокруг выработки, управление их прочностью и устранение отрицательного влияния влаги. Эти задачи решаются разработанным в Коммунарском горно-металлургическом институте (КГМИ) способом обеспечения устойчивости горной выработки с помощью активной разгрузки и последующего упрочнения пород. Геомеханическая сущность способа сооружения обратного свода заключается в целенаправленном перераспределении напряжений вокруг выработки путем разгрузки пород отделением от массива и использовании их в качестве естественного строительного материала с целью создания в почве выработки мощного грузонесущего обратного свода из упрочненных пород. Перераспределение напряжений вокруг выработки осуществляют изменением ее формы путем разрушения пород почвы взрыванием камуфлетных зарядов BB или гидроразрывом (рис. 3.72). В результате создаются искусственные трещины, отделяющие породные блоки от массива и разгружающие их от ранее действовавших напряжений. Образованная таким образом разгруженная зона интенсивной трещиноватости в почве изменяет соотношение высоты и ширины выработки: она приобретает вытянутую эллиптическую форму, благодаря чему концентрация напряжений в массиве уменьшается в 1,3—1,7 раза, что резко увеличивает устойчивость выработки в целом.

Разгруженная от напряжений зона интенсивной трещиноватости в почве выработки представляет собой совокупность блоков, контактирующих друг с другом по криволинейным трещинам, что является подобием бутовой кладки из естественного строительного материала — породы.

Следующий этап разработанной технологии — нагнетание упрочняющего раствора в трещины разгруженной зоны. Для упрочнения используют традиционные скрепляющие растворы с достаточно высокой подвижностью и стабильностью. Давление нагнетания не превышает 0,5 МПа, а область распространения раствора известна: по глубине она ограничена длиной инъекторов (1,8—2,5 м), а по ширине — границами зоны разгрузки (см. рис. 3.72). После схватывания раствора замоноличенные породные блоки в разгруженной зоне образуют мощный обратный свод из породобетона с несущей способностью 1—3 МПа и более. Он способен оказать высокое сопротивление горному давлению и полностью предотвратить пучение почвы.

АРПУ (активная разгрузка почвы с упрочнением) относится к активным способам управления горным давлением в выработке, комплексно воздействующем на напряженное состояние и прочность горных пород.

Технология сооружения обратного свода крепи способом АРПУ включает следующие операции (см. рис. 3.72):

- бурение шпуров под камуфлетные заряды BB для разгрузки пород от напряжений глубиной 2—2,5 м с расстоянием 0,9—1,5 м;

- взрывание зарядов BB массой 0,3—0,6 кг в почве выработки одновременно со взрывом шпуров по забою либо с технологическим отставанием от забоя на 20—40 м участками по 10—20 м;

- бурение тампонажных шпуров по разгруженным породам почвы глубиной 1,5—2,4 м по квадратной сетке со стороной 1,5—2,5 м;

- приготовление упрочняющего раствора (из расчета 0,03— 0,1 м3 на 1 м3 породы) и нагнетание его растворонасосом под давлением 0,1—0,5 МПа через инъекторы;

- контроль качества и приемку работ.

Предлагаемая технология сооружения обратного свода характеризуется низкой трудоемкостью и материалоемкостью, высокой производительностью и механизацией работ, не требует сложного оборудования. Она хорошо сочетается с основными процессами проходческого цикла при сооружении горных выработок и может быть осуществлена в период проходки или эксплуатации капитальных горных выработок.

Конструкция обратного свода АРПУ по сравнению с наиболее близким по несущей способности металлобетонным обратным сводом имеет ряд преимуществ (табл. 3.37).

Анализ результатов внедрения обратного свода (общая протяженность горных выработок, где было предотвращено пучение почвы способом АРПУ, превышает 2600 м) показывает его высокую надежность и эффективность. После взрывной разгрузки пород почва получает начальное смещение (50—150 мм), вызванное разрыхлением пород, вследствие которого рельсовый путь и крепь не нарушаются. После нагнетания упрочняющего раствора смещение, как правило, полностью прекращается.

Возможный объем внедрения способа АРПУ только по Украинскому Донбассу составляет 12—15 км капитальных выработок в год.





Яндекс.Метрика