2.3. Мероприятия по борьбе с пучением почвы горных выработок

Пучение почвы горных выработок относится к числу явлений, затрудняющих ведение подземных горных работ вследствие уменьшения площади поперечного сечения выработок, ухудшения условий проветривания, нарушения безопасных условий работы установленного в выработках транспортного оборудования. Так, величина поднятия почвы, при которой необходимо вести подрывку пород, составляет 0,3 м для рельсового транспорта и 0,5 м для конвейерного.

Пучение пород почвы подготовительных выработок может быть следствием двух основных причин:

• увеличение объема пород вследствие размокания (глинистая почва);

• результат смятия и образования складок в породных слоях почвы.

В первом случае противодействовать процессу деформирования размокших пород практически невозможно. Во втором случае применением различных технологических мер удается добиться уменьшения смещений пород почвы.

К основным факторам, оказывающим влияние на процесс пучения почвы, относятся:

• положение выработки относительно очистных работ на разрабатываемом пласте и соседних;

• обводненность выработки;

• продолжительность охраны выработки.

Механизм деформирования пород почвы состоит в следующем. В результате воздействия вертикальных напряжений в отдельных слоях пород почвы появляются трещины, затем разгруженные слои пород под действием горизонтальных напряжений и вертикального давления в боках выработки сжимаются в складки и выдавливаются в выработку. Процесс разрушения начинается со слоев, находящихся непосредственно у почвы выработки, и постепенно распространяется вглубь. Обводненность почвы резко интенсифицирует процесс пучения.

Пучение почвы особенно интенсивно проявляется в сохраняемых для повторного использования подготовительных выработках. Так, впереди очистного забоя пучение в штреках начинается на расстоянии от 20 до 80 м в зависимости от протяженности зоны опорного давления.

Позади очистного забоя процесс интенсивного пучения распространяется на большие расстояния (до 200 м). Это связано с процессами обрушения зависающих пород кровли и смещениями пород почвы в выработанное пространство.

При увеличении продолжительности поддержания выработки до начала ведения очистных работ общая величина пучения растет. Поэтому время поддержания выработок на границе с выработанным пространством следует по возможности сокращать.

По длине выработки пучение распространяется также неравномерно. Деформации пород почвы зависят от строения пород, обводненности и обрушения зависающих блоков основной кровли в выработанном пространстве.

В глубину почвы пучение распространяется по затухающему закону. На глубине 2 м пучение составляет 20-30% от максимальной величины на контуре выработки.

Помимо сохраняемых для повторного использования выработок, пучение почвы интенсивно проявляется в выработках, попадающих в зону влияния очистных работ на разрабатываемом пласте или на соседних пластах. Так, в основных подготовительных выработках величина пучения резко возрастает при оставлении между выработкой и выработанным пространством охранных целиков недостаточной ширины, а также при подработке или надработке выработки очистными забоями на соседних пластах.

Для борьбы с пучением почвы разработаны мероприятия, которые можно разделить на прямые и косвенные.

К косвенным мерам по снижению пучения относятся:

• расположение выработок в зоне разгрузки;

• проведение выработок по прочным породам или по выработанному пространству;

• заглубление почвы выработок с подрывкой слоя, склонного к пучению.

Если косвенные меры по борьбе с пучением не дают результата, то применяются прямые меры:

• анкерование пород почвы;

• упрочнение пород почвы тампонированием вяжущими составами;

• устройство обратного свода и заполнение его бетоном;

• прорезка почвы разгрузочной щелью;

• бурение разгрузочных скважин в массиве пород;

• применение замкнутой крепи;

• подрывка почвы поддирочными машинами.

Анкерование пород почвы применяется в выработках с угольной или породной почвой (прочность пород должна быть не менее 25 МПа) в ненарушенном массиве, не разделенном плоскостями скольжения и не склонном к размоканию. Для укрепления почвы применяются металлические или деревянные анкера с полимерным закреплением по всей длине.

Упрочнение пород почвы тампонированием вяжущими составами применяется в основных выработках, почва которых уже подверглась деформированию, но возможно повторное выдавливание, а также в предварительно разрыхленных на глубину 5-7 м породах почвы.

Устройство обратного свода и заполнение его бетоном применяется для уменьшения пучения за счет равномерного поднятия забетонированной почвы выработки.

Прорезка почвы разгрузочной щелью, по данным экспериментальных исследований на шахтах Украины, эффективна, когда глубина щели составляет более 0,5 ширины выработки, при этом ширина щели в мягких породах должна быть более 20 см, в крепких - не более 20 см.

Бурение разгрузочных скважин применяется при проведении подготовительных выработок на больших глубинах (более 600 м). Характеризуется очень большим объемом бурения (разгрузочные скважины в боках выработки диаметром 250-400 мм и длиной 8-10 м бурятся через 20-40 см по длине выработки).

Замкнутая крепь применяется в основных подготовительных выработках с очень слабыми или глинистыми породами почвы.

Подрывка почвы поддирочными машинами применяется как самый простой и эффективный способ уборки вспученных пород.

Применение разгрузочного (камуфлетного) взрывания не обеспечивает эффективной защиты от пучения, поскольку после проведения взрывания возрастает трещинообразование в боках и почве выработки и возможно повторное выдавливание пород.

Усиление основной крепи выработок (путем установки лежней, дополнительных стоек) малоэффективно, поскольку предотвратить начавшееся в зоне влияния очистных работ пучение почвы подготовительных выработок практически невозможно.

4. Управление геомеханическими процессами в подготовительных выработках в зоне влияния очистных работ при бесцеликовой технологии отработки пластов

1. Способы проведения и охраны выработок при бесцеликовой технологии отработки пластов

Бесцеликовая отработка пластов обеспечивает полноту выемки запасов угля на пологих пластах, снижает эндогенную пожароопасность пластов, создает разгруженные зоны на соседних пластах.

При бесцеликовой технологии отработки возможны следующие варианты расположения подготовительных выработок:

• проведение выработок в массиве угля с погашением за очистным забоем;

• проведение выработок в массиве угля с сохранением для повторного использования;

• проведение выработок вприсечку к выработанному пространству с погашением за очистным забоем;

• проведение спаренных выработок с погашением одной за первым очистным забоем, второй - за смежным очистным забоем с извлечением целика;

• проведение спаренных выработок, разделенных породной полосой, с погашением одной за первым очистным забоем, второй - за смежным очистным забоем;

• проведение (оформление) выработок позади очистного забоя в выработанном пространстве.

Способы охраны и поддержания выработок целиками угля допускаются только при разработке несближенных (одиночных) пластов, не опасных по горным ударам и подземным эндогенным пожарам, а также сложных, нарушенных участков пластов, где невозможно обеспечить безопасность работ при бесцеликовой выемке.